KR102272962B1 - 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지반으로부터 이격 배치된 목표물을 향해 제1레이저를 송수신하여 목표물과의 거리를 측정하는 거리 측정부; 상기 거리 측정부의 레이저와 정 반대방향으로 가상의 연장된 직선 상에 배치되어 지반을 향해 제2레이저를 조사하는 위치 설정부; 상기 거리 측정부 또는 위치 설정부의 각도를 조절할 수 있는 각도 조절부; 및 상기 거리 측정부 또는 위치 설정부의 수평방향 위치를 조정할 수 있는 수평 이동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치를 제공한다.
Description
본 발명은 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지반 상에 레이저 거리 측정장치를 설치하여 지반으로부터 이격 배치된 목표물을 향해 높이를 측정하고, 재하 상태에서 높이의 변위를 도출할 수 있는 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 교량 구조물의 정확한 내하력을 판정하기 위해서는 소정의 하중을 교량 구조물에 재하(載荷)하여 실제 구조물의 거동을 측정하여야 한다.
실제 교량의 구조물 거동(structure behavior) 중 가장 중요한 거동은 하중에 의한 교량 구조물의 변위로서 매우 정밀하게 측정하여 구조계산에 반영함으로써 교량 구조물의 내하력을 정확히 파악할 수 있다.
이와 같은 교량 구조물의 변위를 측정하는 방법으로는, 변위계에 의한 방법과, 연통식 변위계를 이용하는 방법, 레이저를 이용하는 방법, 사진영상에 의한 방법 등 다양한 방법이 적용되고 있는데, 가장 경제적이면서도 정확하게 측정할 수 있는 방법은 고정된 틀에 변위계를 설치하여 변위를 측정하는 방법으로 알려져 있다.
이때 사용되는 고정된 틀로는, 비계(scaffold, 飛階)를 설치하는 것이 가장 정확한 방법이나, 비계를 설치하고 해체하는 것은 많은 비용과 시간이 요구될 뿐만 아니라, 비계를 설치할 수 있는 부지를 확보하여야 한다.
따라서, 종래에는 상기 비계를 사용할 때의 문제점을 해결하기 위한 대안으로, 삼각지지대를 이용하여 변위계 설치봉을 세우는 방법을 주로 적용하여 왔다.
그런데 상기와 같은 삼각지지대를 이용하여 변위계 설치봉을 세우는 방법은, 높이가 낮은 곳에서는 신속하게 설치 및 해체를 할 수 있어 매우 효과적이나, 설치봉의 길이가 길어질수록 설치봉의 수직도에 대해서 신뢰성이 급격히 떨어 질뿐만 아니라, 설령 설치봉을 수직으로 세웠다고 할지라도 바람의 영향이 심하여 기상 조건이 약간만 열악해 지면 계측값의 신뢰도를 확보하기 어렵다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 봉의 상단부를 와이어로 고정하여 봉의 수직도 확보 및 바람의 영향을 피하려고 하고는 있으나, 봉의 상단에 설치되어 있는 변위계의 수직도는 육안으로만 겨우 확인할 수 있는 정도에 불과하며, 교량 구조물의 높이가 높게 위치한 경우 이 역시도 설치에 한계가 있는 문제점이 지적되고 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 지반상에서 목표물의 하면을 향하는 레이저 거리 측정장치를 설치하고, 이를 통하여 높이 측정이나, 변위를 도출할 수 있는 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치를 제공하는데 목적이 있다.
이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 지반으로부터 이격 배치된 목표물을 향해 제1레이저를 송수신하여 목표물과의 거리를 측정하는 거리 측정부; 상기 거리 측정부의 레이저와 정 반대방향으로 가상의 연장된 직선 상에 배치되어 지반을 향해 제2레이저를 조사하는 위치 설정부; 상기 거리 측정부 또는 위치 설정부의 각도를 조절할 수 있는 각도 조절부; 및 상기 거리 측정부 또는 위치 설정부의 수평방향 위치를 조정할 수 있는 수평 이동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치를 제공한다.
상기 각도 조절부는 제1다이얼의 회전에 따라서 가상의 수평면 상에 마련된 제1회전축을 따라 설정 각도 범위로 회전하는 제1회전부와, 제2다이얼의 회전에 따라서 상기 제1회전축과 다른 방향으로 배치된 제2회전축을 따라 설정 각도 범위로 회전하는 제2회전부를 포함할 수 있다.
상기 제1회전부는 상기 거리 측정부 또는 위치 설정부를 지지하는 회동부재와, 상기 회동부재를 상기 제1회전축을 중심으로 회전시킬 수 있도록 상기 회동부재와 상호 마주하는 곡면으로 마련되며, 상기 고정부재로부터 회동부재를 회동시키는 상기 제1다이얼이 상기 곡면과 다른 측면에 배치되는 고정부재를 포함할 수 있다.
상기 제1회전부는 상기 상부 플레이트와 하부 플레이트가 마주하는 곡면을 중심으로 회동 각도를 확인할 수 있도록 마련된 제1눈금패턴을 포함할 수 있다.
상기 각도 조절부는 상기 제1회전부와 제2회전부가 동일 구성으로 이루어져 서로 90° 회전한 상태로 상하방향에 결합될 수 있다.
상기 수평 이동부는 상기 거리 측정부나 위치 설정부의 하부 또는 상기 각도 조절부의 하부를 지지하는 가상의 수평면 상에서 제1방향을 따라서 설정 거리 범위로 이동시키는 제1이동부와, 상기 제1방향과 다른 방향을 따라서 설정 거리 범위로 이동시키는 제2이동부를 포함할 수 있다.
상기 제1이동부는 상기 거리 측정부나 위치 설정부의 하부 또는 상기 각도 조절부의 하부를 지지하는 이송부재와, 상기 제1방향을 따라서 상기 이송부재를 선택적으로 이송시키도록 회전하는 제1회전휠이 구비되는 지지부재를 포함할 수 있다.
상기 제1이동부는 상기 이송부재와 지지부재가 마주하는 면을 중심으로 이송 거리를 확인할 수 있도록 마련된 제2눈금패턴을 포함할 수 있다.
상기 수평 이동부는 상기 제1이동부와 제2이동부가 동일 구성으로 이루어져 서로 90° 회전한 상태로 상하방향에 결합될 수 있다.
상기 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치는 상기 거리 측정부로부터 측정된 거리 데이터를 전달 받아 외부로 전송하는 송신부를 더 포함할 수 있다.
상기 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치는 상기 거리 측정부와 송신부가 결합되는 브라켓을 더 포함하고, 상기 브라켓은 상기 위치 설정부의 일 측면에 결합될 수 있다.
상기 위치 설정부의 상면에는 수평 측정부가 구비될 수 있다.
상기 수평 측정부는 가상의 수평면 상에서 제1방향에 따른 수평을 측정하는 제1수평계와, 상기 제1방향과 직교하는 제2방향의 수평을 측정하는 제2수평계를 포함할 수 있다.
상기 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치는 상기 각도 조절부 또는 간격 조절부 하부에 탈착 가능하도록 결합되어 지반으로부터 이들을 지지하는 지지다리를 더 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치에 의하면,
첫째, 지반에 레이저 거리 측정장치를 설치하기 때문에 높이가 아무리 높은 목표물이라 할지라도 높이 측정이 용이하고,
둘째, 높이 측정 시 바람이 많이 부는 날에도 측정이 이루어질 수 있으며,
셋째, 위치 설정부와 각도 조절부를 통하여 레이저 모듈의 조사 위치를 정밀하게 조절할 수 있고,
넷째, 수평 측정부를 통하여 레이저 모듈의 수평을 용이하게 측정할 수 있으며,
다섯째, 지반이 고르지 못한 경우에도 지지다리의 각도나 길이를 조절하여 대략적인 측정위치의 수평을 조절할 수 있고,
여섯째, 송신부를 통하여 각 지점별 높이 데이터를 외부로 용이하게 전송할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치를 분해하여 도시하는 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치를 상부에서 도시하는 평면도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치를 하부에서 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 2에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치의 각도 조절부를 도시하는 사시도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치의 각도 조절부가 회동된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 7은 도 2에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치의 수평 이동부를 도시하는 사시도이다.
도 8은 도 7에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치의 수평 이동부가 이동된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 재하 시험 시스템을 이용하여 목표물의 높이를 측정하는 상태를 도시하는 사시도이다.
도 10은 도 9에 나타낸 재하 시험 시스템을 이용하여 목표물의 높이를 측정하기 위해서 목표물의 상부에 위치한 설정 지점을 목표물의 하부에서 찾고 있는 상태를 도시하는 참고도이다.
도 11a는 본 발명의 제2실시예에 따른 재하 시험 시스템을 도시하는 사시도이다.
도 11b는 도 11a에 나타낸 처리모듈의 세부 구성을 도시하는 블럭도이다.
도 12는 도 9에 나타낸 재하 시험 시스템을 이용하여 목표물의 높이를 측정한 그래프를 도시하는 참고도이다.
도 13은 본 발명의 재하 시험 시스템의 제어방법을 도시하는 블록도이다.
도 14는 도 13에 나타낸 재하 시험 시스템의 제어방법에 따른 플로우차트이다.
도 15는 본 발명의 재하 시험 시스템의 높이 측정방법을 도시하는 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치를 분해하여 도시하는 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치를 상부에서 도시하는 평면도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치를 하부에서 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 2에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치의 각도 조절부를 도시하는 사시도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치의 각도 조절부가 회동된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 7은 도 2에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치의 수평 이동부를 도시하는 사시도이다.
도 8은 도 7에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치의 수평 이동부가 이동된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 재하 시험 시스템을 이용하여 목표물의 높이를 측정하는 상태를 도시하는 사시도이다.
도 10은 도 9에 나타낸 재하 시험 시스템을 이용하여 목표물의 높이를 측정하기 위해서 목표물의 상부에 위치한 설정 지점을 목표물의 하부에서 찾고 있는 상태를 도시하는 참고도이다.
도 11a는 본 발명의 제2실시예에 따른 재하 시험 시스템을 도시하는 사시도이다.
도 11b는 도 11a에 나타낸 처리모듈의 세부 구성을 도시하는 블럭도이다.
도 12는 도 9에 나타낸 재하 시험 시스템을 이용하여 목표물의 높이를 측정한 그래프를 도시하는 참고도이다.
도 13은 본 발명의 재하 시험 시스템의 제어방법을 도시하는 블록도이다.
도 14는 도 13에 나타낸 재하 시험 시스템의 제어방법에 따른 플로우차트이다.
도 15는 본 발명의 재하 시험 시스템의 높이 측정방법을 도시하는 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치는 목표물의 하부에 지반(지면)에 설치되어 목표물의 재하 상태에 따른 변위를 측정할 수 있다.
본 실시예에서는 목표물이 다리(bridge) 인 것을 일 예로 들어, 레이저 거리 측정장치가 다리의 변위를 측정하는 구조를 설명하되, 이 외의 다른 구조물에 적용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치를 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치를 분해하여 도시하는 분해 사시도이며, 도 3은 도 2에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치를 상부에서 도시하는 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치(100)는 거리 측정부(110), 송신부(120), 위치 설정부(130), 브라켓(140), 각도 조절부(150), 수평 이동부(160) 및 지지다리(170)를 포함한다.
먼저, 거리 측정부(110)는 목표물을 향하여 제1레이저(L1)를 발사하는 출광부(도 3, 111)와, 목표물로부터 반사된 제1레이저(L1)를 검출하는 수광부(detector, 도 3, 112)를 포함한다.
도면에 도시하지는 않았지만, 거리 측정부(110)는 목표물까지 제1레이저(L1)가 출광되어 수광되는 시간을 측정하는 계수기(counter, 미도시)를 포함할 수 있다. 따라서, 거리 측정부(110)는 출광부(111)의 조준선과 제1레이저(L1)의 광축을 일치시키고, 지향성이 우수한 레이저를 발사한 뒤, 제1레이저(L1)가 목표물로부터 반사되어 돌아온 시간을 측정하여 거리를 계산할 수 있다.
레이저를 이용한 거리 측정부(110)의 상세한 구조는 공지기술이므로 구체적인 설명은 생략한다.
거리 측정부(110)는 초 당 복수번의 제1레이저를 출광할 수 있고, 출광된 각 제1레이저(L1)의 수광 시간에 따른 거리차를 통하여 목표물의 변위(變位)를 측정할 수 있다.
그리고, 송신부(120)는 거리 측정부(110)에서 측정된 데이터를 외부로 전송할 수 있다. 송신부(120)는 유선 또는 무선으로 데이터를 전송할 수 있다.
도면에 도시하지는 않았지만, 송신부(120)는 무선으로 데이터를 전송하는 경우, 발진기(oscillator), 변조기(modulator), 필터(filter), 전력 증폭기(power amplifier) 및 안테나(antenna) 등의 구성을 포함할 수 있다. 발진기는 반송파로 사용할 신호를 만들어내고, 변조기는 데이터에 대한 신호와 발진기의 신호를 입력 받아 변조를 한다. 그리고 이를 원격지까지 전송할 충분한 에너지를 공급해 주기 위해 전력을 증폭하여 송출할 수 있다. 안테나는 효과적인 송출을 유도하며 공중으로 방출할 수 있다.
발진기로는 전압 제어 발진기(VCO; voltage-controlled oscillator)가 마련될 수 있다. 전압 제어 발진기는 인가되는 전압의 변화에 따라 주파수를 변경하는 발진기를 말한다. 발진 주파수가 전압 외의 환경 조건에 의해 불안해질 수 있기 때문에 일반적으로 위상동기 회로(PLL; phase locked loop)라는 회로를 이용해 주파수를 고정시킬 수 있다.
필터는 변조를 거친 데이터 신호 외의 주파수 성분이 존재할 수 있는데, 이들을 제거하고 전송할 신호만을 분리하는 기능을 담당한다.
또한, 송신부(120)는 와이파이, 블루투스, 지그비, RFID, NFC, 로라(lora), IR방식 및 RF방식 중 어느 하나의 방식으로 데이터를 전송할 수 있다.
그리고, 지지다리(170)는 상기한 거리 측정부(110), 송신부(120), 위치 설정부(130), 브라켓(140), 각도 조절부(150), 수평 이동부(160)를 지반으로부터 지지하는 기능을 제공한다. 지지다리(170)는 도 1과 같이 세 개의 지지프레임(171)을 포함하는 구조로 도시하였으나, 지지프레임의 개수는 이에 한정되지 않는다.
지지다리(170)는 받침부(172), 높이 조절수단(미도시) 및 각도 조절수단(미도시)을 포함할 수 있다.
받침부(172)는 후기할 수평 이동부(160)의 하부에 선택적으로 결합되며 수평 이동부(160)와 지지다리(170)는 탈착할 수 있다. 받침부(172) 상에는 회전 또는 슬라이딩 이동에 의해 수평 이동부(160)의 하부와 선택적으로 간섭되는 고정수단(173)이 복수개 구비된다.
높이 조절수단(미도시)과 각도 조절수단(미도시)은 지반으로부터 후기할 레이저 모듈의 높이나 수평을 조절할 수 있다.
도 4는 도 2에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치를 하부에서 도시하는 사시도이다.
위치 설정부(130)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 거리 측정부(110)의 제1레이저(L1)와 정 반대 방향으로 제2레이저(L2)를 조사한다. 위치 설정부(130)는 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치(100)가 지반 상에 설치되는 위치를 설정하는 기능을 가지며, 제1레이저(L1)와 제2레이저(L2)는 가상의 수직선 상에 배치되도록 거리 측정부(110)와 위치 설정부(130)가 정렬될 수 있다. 물론, 지반의 구조나 형상 또는 제2레이저(L2)가 제1레이저(L1)와 동일 수직선 상에 위치할 수 없는 상황을 고려하여 제1레이저(L1)와 제2레이저(L2)가 하나의 수직선을 기준으로 하여 서로 오프셋 간격을 가지도록 정렬될 수도 있다.
위치 설정부(130)의 상면에는 수평 측정부(131)가 구비된다.
수평 측정부(131)는 가상의 수평면 상에 형성된 제1방향에 따른 수평을 측정하는 제1수평계(132)와, 제1방향과 직교하는 제2방향의 수평을 측정하는 제2수평계(133)를 포함한다.
그리고, 브라켓(140)은 거리 측정부(110)와 송신부(120) 및 위치 설정부(130)를 하나의 모듈화 된 구조로 결합할 수 있다. 물론, 송신부(120)는 브라켓(140) 외의 구조에 배치될 수도 있다. 다만, 거리 측정부(110)와 위치 설정부(130)는 가상의 수직선 상에 제1레이저(L1)와 제2레이저(L2)가 서로 정 반대 방향으로 각각 조사되어야 하기 때문에 하나의 브라켓(140)에 결합되는 것이 바람직하다. 이하에서, 거리 측정부(110)와 송신부(120) 및 위치 설정부(130)는 브라켓(140)에 일체로 결합된 구조를 일 예로써 설명하며, 이들이 결합된 구조를 “레이저 모듈”로 표현한다.
수평 측정부(131)는 레이저 모듈(LM)의 수평을 측정함으로써 제1레이저(L1)와 제2레이저(L2)가 지반으로부터 정밀하게 수직방향으로 조사되도록 할 수 있다.
그리고, 위치 설정부(130)는 브라켓(140)의 하단 측면에 결합될 수 있다. 물론, 브라켓(140)과 위치 설정부(130)는 일체의 구성으로 이루어질 수도 있다.
레이저 모듈(LM)의 하부에는 각도 조절부(150)와 수평 이동부(160)가 각각 구비된다.
각도 조절부(150)와 수평 이동부(160)는 선택적으로 레이저 모듈(LM)의 하부에 순차 결합될 수 있으며, 이하에서는 레이저 모듈(LM)의 하부에 각도 조절부(150)가 결합되고, 각도 조절부(150) 하부에 수평 이동부(160)가 결합된 구조를 일 예로 설명한다.
도 5는 도 2에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치의 각도 조절부를 도시하는 사시도이고, 도 6은 도 5에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치의 각도 조절부가 회동된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 각도 조절부(150)는 레이저 모듈 (도 4 참조, LM)의 각도를 설정 범위 내에서 조절할 수 있다.
각도 조절부(150)는 제1회전부(151)와 제2회전부(152)를 포함한다. 제1회전부(151)와 제2회전부(152)는 서로 동일한 구조로 이루어져, 서로 다른 회전축을 중심으로 회전이 이루어질 수 있다. 물론, 제1회전부(151)와 제2회전부(152)는 서로 다른 각도 범위의 회전 범위를 가질 수 있다. 이하에서는 제1회전부(151)와 제2회전부(152)가 서로 동일 또는 유사한 구조로 이루어지며 제1회전부(151)의 제1회전축과 제2회전부(152)의 제2회전축이 서로 직각이 되도록 제1회전부(151)와 제2회전부(152)가 결합된 구조를 일 예로 들어 설명한다.
제1회전부(151)는 제1회동부재(1511)와, 제1고정부재(1512) 및 제1다이얼(1513)을 포함한다.
제1회동부재(1511)는 레이저 모듈(LM)의 하부를 지지하도록 결합된다. 즉, 제1회동부재(1511)는 레이저 모듈(LM)과 함께 동시 회동이 이루어지되, 제1고정부재(1512)로부터 설정된 범위 내에서 상대 회동할 수 있다.
제1회동부재(1511)와 제1고정부재(1512)가 결합된 구조는 대략 직육면체의 형상으로 이루어질 수 있고, 서로 마주하는 두 쌍의 면 중 한 쌍의 마주하는 측면은 서로 곡면으로 접촉하고, 다른 한 쌍의 마주하는 측면은 서로 평면으로 접촉한다. 즉, 제1회전축을 중심으로 제1회동부재(1511)가 제1고정부재(1512)로부터 상대 회동할 수 있도록 한 쌍의 곡면은 동일 곡률로 이루어지고, 다른 한 쌍의 측면에는 제1다이얼(1513)이 배치된다.
제1회동부재(1511)와 제1고정부재(1512) 사이에는 이들의 슬라이딩 회동을 안내하는 제1가이드부재(1514)가 마련된다. 제1가이드부재(1514)는 제1회동부재(1511)와 제1고정부재(1512)를 상호 결합시킴과 동시에 상대 회동이 이루어지는 경우 이들을 회동 방향을 따라서 안내하는 기능을 수반한다.
제1회동부재(1511)의 회동은 제1다이얼(1513)의 회전에 의해 이루어진다. 제1회동부재(1511)와 제1다이얼(1513)은 서로 다른 방향으로 회전하는 구조로 이루어질 수 있다.
제1다이얼(1513)은 제1회동부재(1511)의 내부에서 치합하도록 배치되고, 제1다이얼(1513)의 시계방향 회전과 반 시계방향 회전에 의해 제1회동부재(1511)의 회전운동 방향을 제어할 수 있다. 예컨대, 도면에 도시하지는 않았지만, 제1다이얼(1513)의 내부에는 웜(worm) 기어가 마련되고, 제1회동부재(1511)의 내부에는 웜 기어와 치합하는 곡면 형상의 랙(rack)이 마련될 수 있다.
따라서, 제1다이얼(1513)의 회전에 의해 제1회동부재(1511)의 회동을 정밀하게 제어할 수 있고, 제1회동부재(1511)가 제1고정부재(1512) 상에서 제1다이얼(1513)의 회전 동작 없이 레이저 모듈(LM)의 하중에 의해 회전하는 것을 방지할 수 있다.
제1회전부(151)에서 제1회동부재(1511)와 제1고정부재(1512)가 곡면으로 마주하는 일 측면에는 제1눈금 패턴(1515)이 구비된다. 제1눈금 패턴(1515)은 제1회동부재(1511)와 제1고정부재(1512) 중 하나의 부재에 마련된 눈금과 다른 하나의 부재에 마련된 기준점을 통하여 제1회동부재(1511)와 제1고정부재(1512)가 상대 회동된 각도를 확인할 수 있다. 본 실시예에서는 제1회동부재(1511)에 눈금이 구비되고, 제1고정부재(1512)에 기준점이 구비된 것을 일 예로 설명한다.
제2회전부(152)는 제1회전부(151)와 동일 구조를 가지며, 제1회전부(151)의 하부 중심을 회전축으로 하여 90° 회전한 상태로 배치된다.
제2회전부(152)는 제1회전부(151)의 제1회동부재(1511), 제1고정부재(1512), 제1다이얼(1513) 및 제1가이드부재(1514)에 각각 대응하는 제2회동부재(1521), 제2고정부재(1522), 제2다이얼(1523) 및 제2가이드부재(1524)를 포함한다.
제2회전부(152)는 제2회동부재(1521)와, 제2고정부재(1522) 및 제2다이얼(도 2 참조, 1523)을 포함한다.
제2회동부재(1521)와 제2고정부재(1522)가 결합된 구조는 대략 직육면체의 형상으로 이루어질 수 있고, 서로 마주하는 두 쌍의 면 중 한 쌍의 마주하는 측면은 서로 곡면으로 접촉하고, 다른 한 쌍의 마주하는 측면은 서로 평면으로 접촉한다. 즉, 제2회전축을 중심으로 제2회동부재(1521)가 제2고정부재(1522)로부터 상대 회동할 수 있도록 한 쌍의 곡면은 동일 곡률로 이루어지고, 다른 한 쌍의 측면에는 제2다이얼(1523)이 배치된다.
제2회동부재(1521)와 제2고정부재(1522) 사이에는 이들의 슬라이딩 회동을 안내하는 제2가이드부재(1524)가 마련된다. 제1가이드부재(1514)는 제1회동부재(1511)와 제1고정부재(1512)를 상호 결합시킴과 동시에 상대 회동이 이루어지는 경우 이들을 회동 방향을 따라서 안내하는 기능을 수반한다.
제2회동부재(1521)의 회동은 제2다이얼(1523)의 회전에 의해 이루어진다. 제2회동부재(1521)와 제2다이얼(1523)은 서로 다른 방향으로 회전하는 구조로 이루어질 수 있다.
제2다이얼(1523)은 제2회동부재(1521)의 내부에서 치합하도록 배치되고, 제2다이얼(1523)의 시계방향 회전과 반 시계방향 회전에 의해 제2회동부재(1521)의 회전운동 방향을 제어할 수 있다. 예컨대, 도면에 도시하지는 않았지만, 제2다이얼(1523)의 내부에는 웜(worm) 기어가 마련되고, 제2회동부재(1521)의 내부에는 웜 기어와 치합하는 곡면 형상의 랙(rack)이 마련될 수 있다.
따라서, 제2다이얼(1523)의 회전에 의해 제2회동부재(1521)의 회동을 정밀하게 제어할 수 있고, 제2회동부재(1521)가 제2고정부재(1522) 상에서 제2다이얼(1523)의 회전 동작 없이 레이저 모듈(LM)의 하중에 의해 회전하는 것을 방지할 수 있다.
제2회전부(152)에서 제2회동부재(1521)와 제2고정부재(1522)가 곡면으로 마주하는 일 측면에는 제2눈금 패턴(1525)이 구비된다. 제2눈금 패턴(1525)은 제2회동부재(1521)와 제2고정부재(1522) 중 하나의 부재에 마련된 눈금과 다른 하나의 부재에 마련된 기준점을 통하여 제2회동부재(1521)와 제2고정부재(1522)가 상대 회동된 각도를 확인할 수 있다. 본 실시예에서는 제2회동부재(1521)에 눈금이 구비되고, 제2고정부재(1522)에 기준점이 구비된 것을 일 예로 설명한다.
따라서, 제1회동부재(1511)가 x축을 회전축으로 회동한다면, 제2회동부재(1521)는 x축이 배치된 가상의 평면과 제1회전부(150a)의 높이만큼 이격되어 평행한 다른 평면에서 y축을 회전축으로 회전할 수 있다. 물론, x축과 y축은 동일한 가상의 평면 상에 배치될 수도 있다.
도 7은 도 2에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치의 수평 이동부(160)를 도시하는 사시도이고, 도 8은 도 7에 나타낸 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치의 수평 이동부(160)가 이동된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 수평 이동부(160)는 레이저 모듈(도 4 참조, LM) 또는 각도 조절부 (도 5 참조, 150)를 수평방향을 따라서 x축 또는 y축으로 평행 이동시킬 수 있다. 본 실시예에서는 레이저 모듈(LM), 각도 조절부(150) 및 수평 이동부(160)가 순차적으로 결합된 구조를 일 예로 설명하며, 레이저 모듈(LM)의 수평방향 이동은 레이저 모듈(LM)과 각도 조절부(150)가 동시 수평방향으로 이동한 것을 나타낸다. 물론, 수평 이동부(160)가 레이저 모듈(LM)의 하부에 직접 결합되는 경우는 레이저 모듈(LM)만의 수평방향 이동을 조절할 수 있다.
수평 이동부(160)는 제1이동부(161)와 제2이동부(162)를 포함한다.
제1이동부(161)는 가상의 수평면 상에서 제1방향을 따라 레이저 모듈(LM)을 설정 거리 범위 내에서 이동시키고, 제2이동부(162)는 제1이동부(161)의 가상의 수평면과 동일한 또는 이격 배치된 평행한 수평면 상에서 제1방향과 다른 제2방향을 따라 레이저 모듈(LM)을 설정 거리 범위 내에서 이동시킬 수 있다. 본 실시예에서는 제1방향과 제2방향이 서로 직각으로 배치될 수 있다.
다시 말해, 수평 이동부(160)는 제1이동부(161)가 x축을 따라서 이동하고, 제2이동부(162)가 y축을 따라서 이동할 수 있기 때문에 레이저 모듈(LM)이 동일 수평면 상에서 x축 및 y축으로 수평 이동할 수 있다.
수평 이동부(160)는 지반에 설정된 위치에 제2레이저(L2)가 조사되도록 레이저 모듈(LM)의 세밀한 수평방향 이동을 조절하는 기능을 제공한다.
제1이동부(161)는 제1이송부재(1611)와, 제1지지부재(1612) 및 제1회전휠(1613)을 포함한다.
제1이송부재(1611)는 각도 조절부(150)의 하부를 지지하도록 결합된다. 물론, 수평 이동부(160)가 레이저 모듈(LM)의 하부에 직접 결합되는 구조인 경우, 제1이송부재(1611)는 레이저 모듈(LM)의 하부를 지지하도록 결합될 수 있다.
제1이송부재(1611)와 제1지지부재(1612)는 제1회전휠(1613)의 회전에 의해 상대 이동이 가능하도록 배치된다.
제1이동부(161)는 제1지지부재(1612) 상에 제1회전휠(1613)이 회전 가능하도록 결합되고, 제1이송부재(1611)와 제1회전휠(1613)은 상호 치합되도록 배치될 수 있다. 따라서, 제1회전휠(1613)의 회전운동은 제1이송부재(1611)의 수평 이동을 제어할 수 있다. 예컨대, 도 8과 같이, 제1회전휠(1613)이 시계방향으로 회전하면 제1이송부재(1611)가 제1방향을 따라서 제1지지부재(1612)로부터 우측으로 이동하고, 제1회전휠(1613)이 반 시계방향으로 회전하면 제1이송부재(1611)가 제1방향을 따라서 제1지지부재(1612)로부터 좌측으로 이동할 수 있다.
제1이송부재(1611)와 제1지지부재(1612) 사이에는 이들의 슬라이딩 이동을 안내하는 제1가이드부재(1614)가 마련된다. 제1가이드부재(1614)는 제1이송부재(1611)와 제1지지부재(1612)를 상호 결합시킴과 동시에 상대 이동이 이루어지는 경우 이들을 이동 방향을 따라서 안내하는 기능을 수반한다.
제1회전휠(1613)은 제1이송부재(1611)의 내부에에서 치합하도록 배치될 수 있다. 예컨대, 도면에 도시하지는 않았지만, 제1회전휠(1613)의 내부에는 피니언(pinion) 기어가 마련되고, 제1이송부재(1611)의 내부에는 피니언 기어와 치합하는 랙(rack)이 마련될 수 있다.
따라서, 제1회전휠(1613)의 회전에 의해 제1이송부재(1611)의 이동을 정밀하게 제어할 수 있다.
제1이동부(161)는 제1이송부재(1611)와 제1지지부재(1612)가 마주하는 일 측면에 제1눈금 패턴(1615)이 구비된다. 제1눈금 패턴(1615)은 제1이송부재(1611)와 제1지지부재(1612) 중 하나의 부재에 마련된 눈금과 다른 하나의 부재에 마련된 기준점을 통하여 제1이송부재(1611)와 제1지지부재(1612)가 상대 이동된 거리를 확인할 수 있다. 본 실시예에서는 제1이송부재(1611)에 기준점이 구비되고, 제1지지부재(1612)에 눈금이 구비된 것을 일 예로 설명한다.
제2이동부(162)는 제1이동부(161)와 동일 구조를 가지며, 제1이동부(161)의 하부 중심을 회전축으로 하여 90° 회전한 상태로 배치된다.
제2이동부(162)는 제1이동부(161)의 제1이송부재(1611), 제1지지부재(1612), 제1회전휠(1613) 및 제1가이드부재에 각각 대응하는 제2이송부재(1621), 제2지지부재(1622), 제2회전휠(1623) 및 제2가이드부재(1624)를 포함한다. 제2이동부(162)는 가상의 수평면 상에서 제1방향을 따라 레이저 모듈(LM)을 설정 거리 범위 내에서 이동시키고, 제2이동부(162)는 제1이동부(161)의 가상의 수평면과 동일한 또는 이격 배치된 평행한 수평면 상에서 제1방향과 다른 제2방향을 따라 레이저 모듈(LM)을 설정 거리 범위 내에서 이동시킬 수 있다. 본 실시예에서는 제1방향과 제2방향이 서로 직각으로 배치될 수 있다.
제2이동부(162)는 제2이송부재(1621)와, 제2지지부재(1622) 및 제2회전휠(1623)을 포함한다.
제2이송부재(1621)와 제2지지부재(1622)는 제2회전휠(1623)의 회전에 의해 상대 이동이 가능하도록 배치된다.
제2이동부(162)는 제2지지부재(1622) 상에 제2회전휠(1623)이 회전 가능하도록 결합되고, 제2이송부재(1621)와 제2회전휠(1623)은 상호 치합되도록 배치될 수 있다. 따라서, 제2회전휠(1623)의 회전운동은 제2이송부재(1621)의 수평 이동을 제어할 수 있다. 예컨대, 제2회전휠(1623)이 시계방향으로 회전하면 제2이송부재(1621)가 제1방향과 수직한 제2방향을 따라서 제2지지부재(1622)로부터 우측으로 이동하고, 제2회전휠(1623)이 반 시계방향으로 회전하면 제2이송부재(1621)가 제1방향을 따라서 제2지지부재(1622)로부터 좌측으로 이동할 수 있다.
제2이송부재(1621)와 제2지지부재(1622) 사이에는 이들의 슬라이딩 이동을 안내하는 제2가이드부재(1624)가 마련된다. 제2가이드부재(1624)는 제2이송부재(1621)와 제2지지부재(1622)를 상호 결합시킴과 동시에 상대 이동이 이루어지는 경우 이들을 이동 방향을 따라서 안내하는 기능을 수반한다.
제2회전휠(1623)은 제2이송부재(1621)의 내부에에서 치합하도록 배치될 수 있다. 예컨대, 도면에 도시하지는 않았지만, 제2회전휠(1623)의 내부에는 피니언(pinion) 기어가 마련되고, 제2이송부재(1621)의 내부에는 피니언 기어와 치합하는 랙(rack)이 마련될 수 있다.
따라서, 제2회전휠(1623)의 회전에 의해 제2이송부재(1621)의 이동을 정밀하게 제어할 수 있다.
제2이동부(162)는 제2이송부재(1621)와 제2지지부재(1622)가 마주하는 일 측면에 제2눈금 패턴(1625)이 구비된다. 제2눈금 패턴(1625)은 제2이송부재(1621)와 제2지지부재(1622) 중 하나의 부재에 마련된 눈금과 다른 하나의 부재에 마련된 기준점을 통하여 제2이송부재(1621)와 제2지지부재(1622)가 상대 이동된 거리를 확인할 수 있다. 본 실시예에서는 제2이송부재(1621)에 기준점이 구비되고, 제2지지부재(1622)에 눈금이 구비된 것을 일 예로 설명한다.
따라서, 제1이송부재(1611)가 x축을 따라서 이동한다면, 제2이송부재(1621)는 x축이 배치된 가상의 평면과 제1이동부(161)의 높이만큼 이격되어 평행한 다른 평면에서 y축을 따라서 이동할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 재하 시험 시스템을 이용하여 목표물의 높이를 측정하는 상태를 도시하는 사시도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 재하 시험 시스템은 전기한 레이저 거리 측정장치를 이용하여 목표물인 다리(bridge, BR)의 높이 데이터를 측정하고, 이 데이터를 근거로 다리의 변위를 도출할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 다리(BR)는 무재하 상태로부터 동재하, 정재하에 따라 지반으로부터 변위가 발생한다. 이때 무재하 상태의 다리 높이(원위치, h1)에서 하중이 가해짐에 따라 다리에 처짐이 발생하면, 다리가 처지면서 변형에 따른 변위(예컨대, 높이차, 이동량, 휨 량으로 표현할 수 있음)가 발생되는데, 재하 시험 시스템은 다리 상의 복수개의 설정된 지점의 변위를 측정하여 안전 진단의 기초단계를 수행할 수 있다.
도 10은 도 9에 나타낸 재하 시험 시스템을 이용하여 목표물의 높이를 측정하기 위해서 목표물의 상부에 위치한 설정 지점을 목표물의 하부에서 찾고 있는 상태를 도시하는 참고도이다.
도 9 및 10을 참조하면, 다리(BR)는 교각(pier, P1)과 교각(P2) 사이의 중심 영역에서 기본적으로 처짐이나 변형이 가장 많이 발생하기 때문에 변위가 가장 크게 도출되는 상면의 중심 영역에 복수개의 지점(이하, 제1지점(S1; spot 1)이라 함)을 설정한다. 그리고, 다리 하부에서 다리 상면의 제1지점(S1)에 대응하여 높이를 측정하기 위해서는 지반 상에 제1지점(S1)에 대응하는 제2지점(S2)을 설정하고, 제2지점(S2)에 레이저 거리 측정장치(도 1 참조, 100)를 설치하여 제1지점(S1) 방향으로 제1레이저(L1)를 조사하면 다리 하면에 제3지점(S3)이 설정된다. 즉, 제1지점(S1), 제2지점(S2) 및 제3지점(S3)은 상부에서 평면으로 봤을 때, 하나의 수직선 상에 동축으로 일렬 상태를 형성하도록 배치된다.
제1지점(S1) 내지 제3지점(S3)은 각각 적어도 하나의 지점 또는 복수개의 등 간격 패턴으로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 제1지점에 9개의 패턴을 설정한 것을 일 예로 설명하며, 각 지점 별 패턴의 개수나 배치는 이에 한정되지 않는다.
제1지점(S1) 내지 제3지점(S3)의 설정 방법 및 설명하지 않은 구성에 관해서는 별도 후기하기로 한다.
도 11a는 본 발명의 제2실시예에 따른 재하 시험 시스템을 도시하는 사시도이고, 도 11b는 도 11a에 나타낸 처리모듈의 세부 구성을 도시하는 블럭도이다. 이하에서 전기한 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 재하 시험 시스템(1)은 레이저 거리 측정장치(100)와 수신모듈(200) 및 처리모듈(300)을 포함한다.
레이저 거리 측정장치(100)는 앞서 상세하게 설명하였으므로 중복 설명은 생략한다.
수신모듈(200)은 레이저 거리 측정장치(100)로부터 측정된 높이 데이터를 전송 받는다.
수신 모듈(200)은 레이저 거리 측정장치(100)의 송신기로부터 복수개의 제3지점(도 10 참조, S3)의 높이 데이터를 수신할 수 있도록 복수개의 단위 수신기(210)를 포함한다.
단위 수신기(210)는 적어도 제3지점(S3)의 포인트 개수에 대응하는 개수로 이루어지거나 더 많은 개수로 이루어질 수 있다.
단일의 단위 수신기(210)단일의 레이저 거리 측정장치(100)에 대응한다.
각 단위 수신기(210)는 각각의 레이저 거리 측정장치(100)의 송신기로부터 유선 또는 무선으로 높이 데이터를 수신할 수 있다. 본 실시예에서는 무선으로 높이 데이터를 수신하는 것을 일 예로 설명한다.
수신모듈(200)에서 받은 높이 데이터는 처리모듈(300)로 전송된다.
처리모듈(300)은 각 지점들의 높이 데이터를 제공받을 수 있도록 각 단위 수신기(210)에 대응하거나 또는 각 단위 수신기 보다 많은 개수의 단위 포트(310)를 포함한다.
처리모듈(300)은 데이터 추출부(320)와, 데이터 저장부(330) 및 데이터 처리부(340)를 포함한다.
데이터 추출부(320)는 각 단위 포드(310)들을 통해 높이 데이터를 받아서 추출한다. 데이터 추출부(320)는 각 지점 별로 또는 시간 별로 데이터를 추출할 수 있다.
추출된 높이 데이터는 데이터 저장부(330)에 저장된다. 데이터 저장부(330)에 저장된 높이 데이터는 각 지점별로 시간의 흐름에 따라 변위가 저장될 수 있다. 또한, 데이터 저장부(330)는 각 지점별로 동재하 및 정재하 상태에 따른 변위를 분리하여 저장할 수도 있다. 물론, 무재하 상태의 다리 높이 데이터를 별도 입력하여 저장하거나 측정하여 저장할 수도 있다.
데이터 처리부(340)는 실시간으로 레이저 거리 측정장치(100)로부터 높이 데이터를 직접 전송받거나, 또는 데이터 저장부(330)에 저장된 높이 데이터를 전송 받아 변위를 도출한다.
예컨대, 데이터 처리부(340)는 데이터 저장부(330)에 저장된 제1데이터에서 변위를 도출할 수 있으며, 데이터 추출부(320)에서 바로 전송되는 제2데이터에서 변위를 도출할 수 있고, 또는 제1데이터와 제2데이터 간 변위를 도출할 수도 있다. 제1데이터는 데이터 저장부(330)에 저장된 과거 시점의 정보를 포함하고, 제2데이터는 실시간 전송된 현재 시점의 정보를 포함한다.
처리모듈(300)은 레이저 거리 측정장치(100)에서 측정된 높이 데이터를 데이터 추출부(320)에서 인식할 높이 데이터로 변환하는 변환부(350)를 포함한다.
변환부(350)는 예컨대, 레이저 거리 측정장치(100)에서 측정된 높이 데이터가 mm 단위인 경우, 데이터 추출부(320)를 통해 데이터 저장부(330)로 전송되는 높이 데이터를 전압(V)값으로 변환할 수 있다. 물론, 처리모듈(300)에서 출력된 데이터를 다시 mm 단위로 표시할 수 있도록 다른 변환부(미도시)가 더 구비될 수도 있다.
그리고, 재하 시험 시스템(1)은 데이터 처리부(340)에서 도출된 높이 데이터 또는 변위를 사용자로 하여금 모니터링 할 수 있도록 표시하는 개인용 컴퓨터(PC, 400)나 휴대용 단말기를 포함할 수 있다. 도 11에서는 개인용 컴퓨터(400)를 통하여 사용자가 데이터를 확인할 수 있도록 표현하고 있으나, 사용자가 데이터를 확인할 수 있는 기능을 갖는다면 다른 디스플레이를 포함하는 구조도 본 발명에 포함될 수 있다.
도 12는 도 9에 나타낸 재하 시험 시스템을 이용하여 목표물의 높이를 측정한 그래프를 도시하는 참고도이다.
도 12를 참조하면, x축은 시간을 나타내고, y축은 높이를 나타낸다. 즉, 시간의 변화에 따른 높이의 변화를 확인할 수 있다.
도 12의 그래프는 레이저 거리 측정장치를 가동하면서 차량이 다리의 중심 영역으로 이동하면서 동재하에 따른 측정이 이루어지고 있다. 그리고 차량이 정지하면서 다리의 높이 변화가 점차 줄어들다가 동재하가 끝나는 지점에서는 정재하에 다른 측정이 이루어진다. 따라서, 무재하 상태의 다리 높이에서 정재하 상태의 다리 높이를 빼면 변위(Δh)를 도출할 수 있다. 단순히 변위만을 도출하는 과정이라면 동재하의 높이 데이터가 노이즈 데이터일 수 있으나, 동재하 상태에서 최대 변위가 필요한 경우라면 동재하 상태의 높이 데이터 역시 주요 데이터 범주에 속할 수 있다.
이하에서는 재하 시험 시스템의 제어방법에 대해서 상세하게 설명한다. 이하에서 전기한 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 재하 시험 시스템의 제어방법을 도시하는 블록도이고, 도 14는 본 발명의 재하 시험 시스템의 높이 측정방법에 따른 플로우차트이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 재하 시험 시스템의 제어방법(S10)은 높이 측정단계(S110)와, 데이터 수신단계(S120)와, 데이터 처리단계(S130) 및 데이터 표시단계(S140)를 포함한다. 재하 시험 시스템의 제어방법(S10)은 전기한 제2실시예의 제어방법에 관한다.
먼저, 높이 측정단계(S110)는 후기할 재하 시험 시스템의 위치 측정방법과 중복되는 부분으로 후기하기로 한다.
다음으로, 데이터 수신단계(S120)는 높이 측정단계(S110)에서 설정된 지점 별 높이 데이터를 수신모듈로 전송 받는 과정이다.
데이터 수신단계(S120)는 설정 지점들의 높이 데이터를 수신모듈의 단위 수신기를 통하여 각각 수신할 수 있다.
그리고, 데이터 처리단계(S130)는 높이 데이터 추출단계(S131)와, 높이 데이터 저장단계(S132)와, 변위 도출단계(S133) 및 높이 데이터 변환단계(S134)를 포함한다.
높이 데이터 추출단계(S131)는 각 단위 포트로 제공되는 높이 데이터를 추출한다.
높이 데이터 저장단계(S132)는 데이터 추출부에서 추출된 높이 데이터를 각 지점 별 또는 각 지점별로 시간의 흐름에 따라서 저장한다. 높이 데이터 저장단계(S132)는 각 지점별로 동재하 및 정재하 상태에 따른 변위를 분리하여 저장할 수도 있다. 물론, 무재하 상태의 다리 높이 데이터를 별도 입력하여 저장하거나 측정하여 저장할 수도 있다.
변위 도출단계(S133)는 실시간으로 레이저 거리 측정장치로부터 높이 데이터를 직접 전송받거나, 또는 데이터 저장부에 저장된 높이 데이터를 전송 받아 변위를 도출할 수 있다.
예컨대, 변위 도출단계(S133)는 데이터 저장단계(S132)에서 저장된 제1데이터 간 변위를 도출할 수 있으며, 데이터 추출단계에서 직접 전송된 제2데이터 간 변위를 도출할 수 있고, 또는 제1데이터와 제2데이터 간 변위를 도출할 수 있다. 물론, 변위 도출단계(S133)는 각 데이터들을 상호 비교 및 분석하여 그래프로 도출할 수도 있다.
높이 데이터 변환단계(S134)는 높이 측정단계(S110)에서 측정된 높이 데이터가 mm 단위인 경우, 데이터 저장단계로 전송되는 높이 데이터를 전압(V)값으로 변환할 수 있다. 물론, 데이터 처리단계(S130)에서 출력된 전압 값의 높이 데이터를 다시 mm 단위로 표시할 수 있도록 또 다른 변환단계(미도시)가 더 구비될 수도 있다. 물론, 높이 데이터 변환단계(S134)는 선택적으로 생략될 수도 있다.
데이터 표시단계(S140)는 데이터 처리단계(S130)에서 도출된 높이 데이터 또는 변위를 사용자로 하여금 모니터링 할 수 있도록 개인용 컴퓨터(PC)나 휴대용 단말기로 전송하여 표시할 수 있다.
이하에서는 재하 시험 시스템의 높이 측정방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 재하 시험 시스템의 높이 측정방법을 도시하는 블록도이다.
도 10 및 도 15를 참조하면, 본 발명의 재하 시험 시스템의 높이 측정방법(S200)은 전기한 제1실시예의 레이저 거리 측정장치의 높이 측정방법에 관한다.
본 발명의 재하 시험 시스템의 높이 측정방법(S200)은 제1지점을 설정하는 단계(S210)와, 제1지점에 대한 상대 좌표를 설정하는 단계(S220)와, 제2지점을 설정하고 제2지점에 대한 상대 좌표를 설정하는 단계(S230)와, 제2지점에 레이저 거리 측정장치를 설치하는 단계(S240)와, 제3지점의 높이를 측정하는 단계를 포함한다.
먼저, 제1지점을 설정하는 단계(S210)는 다리(BR) 상면에 복수개의 제1지점(S1)을 설정한다. 이때, 다리(BR)의 변위는 기둥(P1)과 기둥(P2) 사이 중심 영역에서 가장 크게 발생할 수 있기 때문에 다리(BR)의 중심 영역에 복수개의 제1지점(S1)을 설정한다. 제1지점(S1)은 다리 상면에 위치하기 때문에 GPS를 이용하여 절대 좌표를 설정할 수도 있다.
제1지점의 상대 좌표를 설정하는 단계(S220)는 다리와 떨어진 하나의 지점을 기준점(CP)으로 설정하고, 기준점(CP)에 광파기(10)를 설치한다. 그리고, 기준점(CP)으로부터 제1지점(S1)에 대한 상대 좌표를 설정할 수 있다. 예컨대, 상대 좌표는 (x1, y1, z1) 좌표로 표현될 수 있다.
제2지점(S2)은 제1지점(S1)과 가상의 수직선 상에서 지반과 중첩되는 지점에 해당한다. 제2지점(S2)을 설정한 다음에는 기준점(CP)으로부터 제2지점에 대한 상대 좌표를 설정하는 단계(S230)가 수행된다. 제2지점(S2)은 제1지점(S1)과 가상의 수직선 상에서 중첩되는 지점이나, 다리 밑에서 GPS를 이용한 좌표 설정에 오차가 발생할 수 있기 때문에 기준점(CP)으로부터 상대 좌표를 설정하는 것이 바람직하다. 제2지점(S2)의 상대 좌표는 (x1, y1, z2)로 표현될 수 있다.
제2지점의 상대 좌표를 설정하는 단계(S230)는 지반 상에서 제1지점(S1)에 근접하여 사용자가 반사판을 거치하는 단계(S231)와, 반사판에 광파기를 이용하여 거리를 측정하는 단계(S232)와, 제2지점에 반사판(20)이 위치할 때까지 반사판(20)을 이동하면서 거리를 반복적으로 측정하는 단계(S233)를 포함한다.
즉, 제2지점(S2)의 상대 좌표를 설정하기 위해서는 기준점(CP) 위치의 배치된 광파기(10)로 제1지점(S1)의 상대 좌표를 설정한 다음, 제2지점(S2)과 근접한 위치로 사용자가 반사판(20)을 들고 이동하면서 광파기(10)로 제1지점(S1)의 상대 좌표와 (x1, y1) 좌표가 동일한 지점을 찾으면 제2지점(S2)의 상대 좌표를 설정할 수 있다.
제2지점(S2)의 위치가 설정되면, 레이저 거리 측정장치를 배치하는 단계(S241)가 이루어진다. 레이저 거리 측정장치의 위치 설정부(130)를 통하여 제2레이저(L2)를 조사하고, 제2레이저(L2)의 초점이 제2지점(S2)에 위치하면, 제2지점(S2) 상에 레이저 거리 측정장치(100)의 설치가 완료된다.
이때, 제1레이저(L1)와 제2레이저(L2)는 하나의 수직선 상에서 서로 중첩되도록 배치되기 때문에 제1레이저(L1)를 조사하면, 다리(BR)의 하면에서 제3지점(S3)을 설정할 수 있다. 단, 제3지점(S3)을 향해 제1레이저(L1)를 조사하기 전에 레이저 거리 측정장치를 설치하는 단계(S240)는 레이저 거리 측정장치의 수평을 조절하는 단계(S242)와 수평방향으로 이동하는 단계(S243)가 수반되어야 한다.
예컨대, 제2레이저(L2)가 제2지점(S2)에 초점이 되어 있더라도, 레이저 거리 측정장치의 수평이 맞지 않는다면, 제3지점(S3)이 엉뚱한 곳에 위치할 수 있다. 따라서, 제2지점(S2)의 위치가 설정되면, 수평을 조절하는 과정이 수행된다.
수평을 조절하는 단계(S242)는 위치 설정부(130) 상에 구비된 제1수평계(132)와 제2수평계(133)를 이용하여 레이저 모듈(LM)이 수평하게 배치되었는지를 확인할 수 있다. 수평을 조절하는 단계(S242)는 수평계가 수평을 가리키지 않는 경우, 지지다리(170)의 높이나 각도를 조절하는 단계(S244)가 수행될 수 있다.
지지다리의 높이나 각도를 조절하는 단계(S244)는 높이 조절수단 또는 각도 조절수단을 조절하여 대략의 수평을 맞출 수 있다. 그리고, 각도 조절부(150)를 이용하여 정밀한 수평을 조절할 수 있다.
수평을 조절하는 단계(S242)는 제1다이얼(1513)을 회전하여 제1회전축을 중심으로 제1회동부재를 회전하는 단계(S2421)와, 제2다이얼(1523)을 회전하여 제1회전축과 수직한 제2회전축을 중심으로 제2회동부재를 회전하는 단계(S2422)를 포함한다. 따라서, 제1회전축과 제2회전축은 서로 직각 방향으로 배치되기 때문에 제1회동부재를 회전하는 단계(S2421)와 제2회동부재를 회전하는 단계(S2422)를 수행하면 수평을 조절하는 단계(S242)는 레이저 모듈(LM)의 수평을 정밀하게 조절할 수 있다.
그리고, 제2지점(S2)에 제2레이저의 초점이 위치한 상태에서, 수평을 조절하는 단계(S242)가 수행되면, 다시 제2지점(S2)과 제2레이저(L2)의 초점이 서로 어긋나게 된다. 따라서, 수평방향으로 이동하는 단계(S243)를 통하여 제2지점(S2)에 제2레이저(L2)의 초점이 오도록 수평 이동이 필요하다.
수평방향으로 이동하는 단계(S243)는 제1방향을 따라서 수평 이동부를 정렬하는 단계(S2431)와, 제2방향을 따라서 수평 이동부를 정렬하는 단계(S2432)를 포함한다.
제1방향을 따라서 수평 이동부를 정렬하는 단계(S2431)는 제1회전휠(1613)을 회전시켜 제1이송부재(1611)를 제1방향을 따라 수평 이동시켜 제2지점(S2)과 제2레이저(L2)의 초점이 보다 근접하도록 할 수 있다.
마찬가지로, 제2방향을 따라서 수평 이동부를 정렬하는 단계(S2432)는 제2회전휠(1623)을 회전시켜 제2이송부재(1621)를 제2방향을 따라 수평 이동시켜 제2지점(S2)과 제2레이저(L2)의 초점이 중첩되도록 조절할 수 있다.
또한, 레이저 거리 측정장치를 설치하는 단계(S240)는 지반 상에서 모든 레이저 거리 측정장치(100)의 설치 높이가 같아지도록 설치 높이를 보정하는 단계(S245)를 포함한다. 설치 높이를 보정하는 단계(S245)는 한 지점의 변위를 도출하는 과정에서 불필요할 수 있지만, 지반으로부터 복수개의 제3지점(S3)까지의 거리 및 변위가 모두 요구되는 경우, 무재하 상태에서 지반으로부터 제3지점까지의 거리가 동일해지도록 평탄화 작업이나 가상의 동일 수평면 상에 레이저 거리 측정장치가 위치하도록 지지다리의 높이를 보정하는 과정이 수반될 수 있다.
물론, 경우에 따라서는 설치 높이를 보정하는 단계(S245)가 선택적으로 생략될 수도 있다.
따라서, 본 발명의 실시에에 따른 레이저 거리 측정장치에 의하면, 지반에 레이저 거리 측정장치를 설치하기 때문에 높이가 아무리 높은 목표물이라 할지라도 거리 측정이 용이하고, 거리 측정 시 바람이 많이 부는 날에도 측정이 이루어질 수 있으며, 위치 설정부와 각도 조절부를 통하여 레이저 모듈의 조사 위치를 정밀하게 조절할 수 있고, 수평 측정부를 통하여 레이저 모듈의 수평을 용이하게 측정할 수 있으며, 지반이 고르지 못한 경우에도 지지다리의 각도나 길이를 조절하여 대략적인 측정위치의 수평을 조절할 수 있고, 송신부를 통하여 각 지점별 높이 데이터를 외부로 용이하게 전송할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의해 결정되어야 한다.
100 : 레이저 거리 측정장치
110 : 거리 측정부
120 : 송신부
130 : 위치 설정부
140 : 브라켓
150 : 각도 조절부
160 : 수평 이동부
170 : 지지다리
200 : 수신모듈
300 : 처리모듈
400 : 개인용 컴퓨터
10 : 광파기
1 : 재하 시험 시스템
110 : 거리 측정부
120 : 송신부
130 : 위치 설정부
140 : 브라켓
150 : 각도 조절부
160 : 수평 이동부
170 : 지지다리
200 : 수신모듈
300 : 처리모듈
400 : 개인용 컴퓨터
10 : 광파기
1 : 재하 시험 시스템
Claims (14)
- 지반으로부터 이격 배치된 목표물을 향해 제1레이저를 송수신하여 목표물과의 거리를 측정하는 거리 측정부;
상기 거리 측정부의 레이저와 정 반대방향으로 가상의 연장된 직선 상에 배치되어 지반을 향해 제2레이저를 조사하는 위치 설정부;
상기 거리 측정부 또는 위치 설정부의 각도를 조절할 수 있는 각도 조절부; 및
상기 거리 측정부 또는 위치 설정부의 수평방향 위치를 조정할 수 있는 수평 이동부; 를 포함하고,
상기 각도 조절부는 제1다이얼의 회전에 따라서 가상의 수평면 상에 마련된 제1회전축을 따라 설정 각도 범위로 회전하는 제1회전부와, 제2다이얼의 회전에 따라서 상기 제1회전축과 다른 방향으로 배치된 제2회전축을 따라 설정 각도 범위로 회전하는 제2회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1회전부는,
상기 거리 측정부 또는 위치 설정부를 지지하는 회동부재와,
상기 회동부재를 상기 제1회전축을 중심으로 회전시킬 수 있도록 상기 회동부재와 상호 마주하는 곡면으로 마련되며, 상기 회동부재를 회동시키는 상기 제1다이얼이 상기 곡면과 다른 측면에 배치되는 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 제1회전부는,
상기 회동부재와 고정부재가 마주하는 곡면을 중심으로 회동 각도를 확인할 수 있도록 마련된 제1눈금패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 각도 조절부는,
상기 제1회전부와 제2회전부가 동일 구성으로 이루어져 서로 90° 회전한 상태로 상하방향에 결합된 것을 특징으로 하는 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 수평 이동부는,
상기 거리 측정부나 위치 설정부의 하부 또는 상기 각도 조절부의 하부를 지지하는 가상의 수평면 상에서 제1방향을 따라서 설정 거리 범위로 이동시키는 제1이동부와,
상기 제1방향과 다른 방향을 따라서 설정 거리 범위로 이동시키는 제2이동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 제1이동부는,
상기 거리 측정부나 위치 설정부의 하부 또는 상기 각도 조절부의 하부를 지지하는 이송부재와,
상기 제1방향을 따라서 상기 이송부재를 선택적으로 이송시키도록 회전하는 제1회전휠이 구비되는 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치. - 청구항 7에 있어서,
상기 제1이동부는,
상기 이송부재와 지지부재가 마주하는 면을 중심으로 이송 거리를 확인할 수 있도록 마련된 제2눈금패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치. - 청구항 7에 있어서,
상기 수평 이동부는,
상기 제1이동부와 제2이동부가 동일 구성으로 이루어져 서로 90° 회전한 상태로 상하방향에 결합된 것을 특징으로 하는 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 거리 측정부로부터 측정된 거리 데이터를 전달 받아 외부로 전송하는 송신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치. - 청구항 10에 있어서,
상기 거리 측정부와 송신부가 결합되는 브라켓을 더 포함하고,
상기 브라켓은 상기 위치 설정부의 일 측면에 결합되는 것을 특징으로 하는 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 위치 설정부의 상면에는 수평 측정부가 구비되는 것을 특징으로 하는 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치. - 청구항 12에 있어서,
상기 수평 측정부는,
가상의 수평면 상에서 제1방향에 따른 수평을 측정하는 제1수평계와,
상기 제1방향과 직교하는 제2방향의 수평을 측정하는 제2수평계를 포함하는 것을 특징으로 하는 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 각도 조절부 또는 간격 조절부 하부에 탈착 가능하도록 결합되어 지반으로부터 이들을 지지하는 지지다리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치.
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KR1020210003730A KR102272962B1 (ko) | 2021-01-12 | 2021-01-12 | 재하 시험 시스템용 레이저 거리 측정장치 |
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- 2021-01-12 KR KR1020210003730A patent/KR102272962B1/ko active IP Right Grant
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