The point of impact, the shot group, and the flight traces depend on the combination of unique features which decide moving traces of the arrow (paradox of the archer, length of the arrow shaft, weight, angle of the feather, and spline of the arrow shaft). The more dense the impact points in the sho...
The point of impact, the shot group, and the flight traces depend on the combination of unique features which decide moving traces of the arrow (paradox of the archer, length of the arrow shaft, weight, angle of the feather, and spline of the arrow shaft). The more dense the impact points in the shot group and the earlier elimination of paradox of the archer, the higher assessment is given for the product. However, there is no way to objectively assess the efficiency and quality of the arrow, and there is no numeric data to be used as the basis for comparison with other products. Although capturing the images of flying arrow using a high-speed motion picture camera is possible, we are limited to observation from specific view angle only. Hence, the criteria for efficiency and quality assessment are mostly based on subjective opinions of experts or hunters, or review on consumers' remarks. In this paper, we propose a hardware composition that are based on three detection frames consisting of line lasers and photo diode arrays without the high-speed motion picture camera. Predicated on measured coordinates data, a nobel method for the archer's paradox measurement, a key parameter that determine the arrow's trajectory, and corresponding numerical analysis model is proposed.
The point of impact, the shot group, and the flight traces depend on the combination of unique features which decide moving traces of the arrow (paradox of the archer, length of the arrow shaft, weight, angle of the feather, and spline of the arrow shaft). The more dense the impact points in the shot group and the earlier elimination of paradox of the archer, the higher assessment is given for the product. However, there is no way to objectively assess the efficiency and quality of the arrow, and there is no numeric data to be used as the basis for comparison with other products. Although capturing the images of flying arrow using a high-speed motion picture camera is possible, we are limited to observation from specific view angle only. Hence, the criteria for efficiency and quality assessment are mostly based on subjective opinions of experts or hunters, or review on consumers' remarks. In this paper, we propose a hardware composition that are based on three detection frames consisting of line lasers and photo diode arrays without the high-speed motion picture camera. Predicated on measured coordinates data, a nobel method for the archer's paradox measurement, a key parameter that determine the arrow's trajectory, and corresponding numerical analysis model is proposed.
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문제 정의
보편적으로 화살의 성능 또는 품질을 평가하는 방법으로는 활과 화살을 오랫동안 사용해 온 사냥꾼이나 레저 스포츠 용품을 만드는 기술자, 그리고 전문가의 사용 후기에 의존하며, 일반적으로 초고속 카메라 이미지를 가지고 판단하고 있다. 본 논문에서는 화살의 성능과 품질을 판단을 위한 수치를 얻기 위해 3개의 좌표를 이용하여 궁사의 패러독스 크기를 수치화하는 방법을 제안한다. 패러독스의 크기를 수치화 하고, 카메라에서 발생하는 지정된 각도 내의 사물 이미지만 볼 수 있는 문제점을 해결하기 위해 라인레이저와 포토다이오드어레이 센서를 이용한 하드웨어 구성을 제안한다.
본 논문에서는, 현재 화살업체에서 사용되는 성능 분석 방법의 문제점을 해결하기 위해서 고가의 초고속 카메라를 사용하지 않고, 하드웨어 구성 및 궁사의 패러독스 크기를 수치화하는 방법을 아래와 같이 제안한다. 제안에 따른 결과는 다음과 같다.
제안 방법
본 논문에서는 화살의 성능과 품질을 판단을 위한 수치를 얻기 위해 3개의 좌표를 이용하여 궁사의 패러독스 크기를 수치화하는 방법을 제안한다. 패러독스의 크기를 수치화 하고, 카메라에서 발생하는 지정된 각도 내의 사물 이미지만 볼 수 있는 문제점을 해결하기 위해 라인레이저와 포토다이오드어레이 센서를 이용한 하드웨어 구성을 제안한다.
궁사의 패러독스를 나타내기 위해 초고속 카메라의 이미지와 탄착군의 집적도를 표시한 종이는 화살의 성능 및 품질을 나타내는 데이터로서 한계가 있다. 본 논문에서는 고가의 초고속 카메라를 사용하지 않고, 3개의 프레임으로 측정 장치를 제작한다. 라인레이저와 포토다이오드어레이 센서를 제작된 3개의 프레임에 부착하여 화살의 모양을 좌표로 출력 받아 슈팅 실험을 하는 하드웨어를 제안한다.
본 논문에서는 고가의 초고속 카메라를 사용하지 않고, 3개의 프레임으로 측정 장치를 제작한다. 라인레이저와 포토다이오드어레이 센서를 제작된 3개의 프레임에 부착하여 화살의 모양을 좌표로 출력 받아 슈팅 실험을 하는 하드웨어를 제안한다. 고속으로 이동하는 화살의 위치를 측정하기 위해서는 빠른 응답속도를 가진 라인레이저와 포토다이오드 센서가 적합하며, 초고속 카메라보다 가격에서의 우수한 경쟁력을 가진다(3,4).
7와 같이 궁사의 패러독스가 발생하고 있으나, 촬영한 각도와 발생하는 각도가 불일치 할 경우 이미지로 판단하기에는 한계가 있다. 초고속 카메라에서 발생하는 문제점을 해결하기 위해서 Fig. 5에서 제안된 3개의 프레임을 이용한 하드웨어에서 출력되는 좌표 3개를 궁사의 패러독스 크기를 수치화하는 방법을 제안하고, National Instruments의 LabVIEW를 이용하여 시뮬레이션을 하였다.
(1) mm 단위의 정밀 위치 측정과 270km/h 이상의 이동속도를 감지하는 센서로 라인레이저와 포토다이오드어레이를 선택하고, 라인레이저와 포토다이오드어레이를 부착시킨 3개의 프레임을 이용하여 화살의 휘어진 모양을 검출한다.
(2) 제안된 하드웨어에서 출력되는 3개의 좌표를 이용하여 반지름을 제안한 방법으로 도출한다. 반지름을 이용하여 원의 넓이를 구하고, 궁사의 패러독스 크기를 2차원 그래프에 매핑 한다.
성능/효과
(3) 화살의 데이터를 수치로 나타낼 수 있으므로, 다른 화살과의 성능을 비교 분석할 수 있고, 화살을 제조를 할 때 공정 변수로도 사용할 수 있다. 화살 제조 공정에 적용하여 실험과 연구가 진행되면, 화살의 이동궤적을 결정하는 요소(궁사의 패러독스, 화살대의 길이, 중량, 깃의 각도, 화살대의 스파인)를 모두 수치화 할 수 있으며, 생산된 화살의 정확한 특성분류, 사용자에 적합한 화살 종류 선택, 화살의 품질 및 성능을 객관적으로 판단하여 제조 공정에 반영 할 수 있다.
후속연구
매핑을 적용한 2차원 그래프는 화살의 비행 거리에 따라서 그 크기가 달라지며, 과녁에 접근할수록 원의 넓이가 작아진다. 즉, 패러독스가 빨리 상쇄되는 지점을 수치적으로 표현하면, 타 제품과의 성능 비교 및 품질 분석이 가능해 진다. Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
과거에 활과 화살은 어떠한 도구로 사용되었는가?
과거에 활과 화살은 사냥을 하기 위한 도구 또는 전쟁에서 유리한 전투를 하기위한 도구로 사용되었고, 현재의 활쏘기는 인간의 여가 생활을 위한 사냥, 레저 분야와 올림픽 종목 중 하나인 양궁으로 활용되고 있다. 활과 화살의 성능이 중요 시되는 양궁은 유럽에서 영국을 중심으로 발전하였고, 1972년 제 20회 뮌헨 올림픽 이후 경기 방식을 대폭 개정해 오늘에 이르고 있다.
현재의 활쏘기는 어떻게 활용되고 있는가?
과거에 활과 화살은 사냥을 하기 위한 도구 또는 전쟁에서 유리한 전투를 하기위한 도구로 사용되었고, 현재의 활쏘기는 인간의 여가 생활을 위한 사냥, 레저 분야와 올림픽 종목 중 하나인 양궁으로 활용되고 있다. 활과 화살의 성능이 중요 시되는 양궁은 유럽에서 영국을 중심으로 발전하였고, 1972년 제 20회 뮌헨 올림픽 이후 경기 방식을 대폭 개정해 오늘에 이르고 있다.
활쏘기의 대중화와 양궁 시장의 성장으로 무엇의 필요성이 증가하였는가?
활쏘기의 대중화와 양궁 시장의 성장으로 인해서, 과녁 적중률이 높고 내구성이 뛰어난 활과 화살에 대한 수요 역시 증가하였다. 이러한 수요 증가에 따라, 활과 화살에 대한 성능 분석의 필요성이 높아졌다. 제조공정이 복잡하고, 과학적으로 분석되어야하는 화살에 대한 연구가 이루어지고 있지만, 이를 객관적으로 분석할 수 있는 수치적인 데이터가 부족하다(1,2).
참고문헌 (5)
Baek, G., Cheon, S,. Lee, I., and Kim, S., 2012, "Parameter Calibration of Laser Scan Camera for Measuring the Impact Point of Arrow," Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, Vol. 21, No 1, pp. 76-84.
Baek, G., Cheon, S,. Kim, S., and Kim, S., 2011, "Performance Criterion-based Polynomial Calibration Model for Laser Scan Camera," Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems, Vol. 21, No. 5, pp. 555-563.
Liu, J., and Yu, L., 2009, "Laser-based Apparatus for Measuring Projectile Velocity," Electronic Measurement & Instruments, ICEMI International Conference, pp. 2-595-2-598.
Lu, S. -T., Chou, C., Lee, M. -C., and Wu, Y. -P., 1993, "Electro-optical Target System for Position and Speed Measurement," Science, Measurement and Technology, Vol. 140, No. 4, pp. 252-256.
Yu, J., Lee, H,. Jeong, Y., and Kim, S., 2012, "Measuring Method for Impact Point of Arrow using Fuzzy Logic," Proceedings of KIIS Spring Conference, Vol. 22, No. 1, pp. 301-302.
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