As civil structures are exposed to various external loads, it is essential to assess the structural condition, especially the structural displacement, in every moment. Therefore, a visually servoed paired structured light system was proposed in the previous study. The proposed system is composed of two screens facing with each other, each with a camera, a screen, and one or two lasers controlled by a 2-DOF manipulator. The 6-DOF displacement can be calculated from the positions of three projected laser beams and the rotation angles of the manipulators. In the estimation process, one of well-known iterative methods such as Newton-Raphson or extended Kalman filter (EKF) was used for each measurement. Although the proposed system with the aforementioned algorithms estimates the displacement with high accuracy, it takes relatively long computation time. Therefore, an incremental displacement estimation (IDE) algorithm which updates the previously estimated displacement based on the difference between the previous and the current observed data is newly proposed. To validate the performance of the proposed algorithm, simulations and experiments are performed. The results show that the proposed algorithm significantly reduces the computation time with the same level of accuracy compared to the EKF with multiple iterations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.12
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pp.2687-2694
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2002
A precision displacement measuring system is proposed, which can detect the 3-DOF translational motions of precision positioning devices. The optical system, which is composed of two diode-laser sources and two quadratic PSDs, is adapted to detect the position of the spherical reflector usually mounted on the platform of positioning devices. Each of the laser beams from diode-laser sources is reflected at the highly reflective surface of the sphere; hence, the 3-dimensional position of the sphere causes the directional change of the reflected beams, which is detected by the PSDs. In this paper, we define the relationships between the output values of the two PSDs and the 3-DOF translational motions of the sphere. Based on a deduced measurement model, we perform measurement simulation and evaluate the performance of the proposed measurement system: linearity, sensitivity, measuring range, and measurement error. The results show that the proposed measuring method is very useful for the measurement of the precision displacement of 3-DOF micro motions.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.11
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pp.1122-1129
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2009
Recently taping robot with smart recognition function have been studied in the coil manufacturing field. Due to the difficulty of 3D surface processing from the complicated working environment, it is not easy to accomplish smart tape attachment motion with non-contact sensor. To solve these problems the applicable surface recognition algorithm and a flexible sensing device has been recommended. In this research, the fusion method between 1D displacement and 3D laser scanner is applied for robust tape attachment about cold rolled coil. With these sensors we develop a two-step exploration and the smart algorithm for the awareness of non-aligned coil's information. In the proposed robot system for tape attachment, the problem is reduced to coil's radius searching with laser displacement sensor at first, and then position and orientation detection with 3D laser scanner. To get the movement at the robot's base frame, the hand-eye compensation between robot's end effector and sensing device should be also carried out respectively. In this paper, we examine the auto-coordinate transformation method in the calibration step for the real environment usage. From the experimental results, it was shown that the taping motion of robot had a robust under the non-aligned cold rolled coil.
Kim, K.S.;Na, G.D.;Kim, T.H.;Chung, N.K.;Kim, C.W.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.10
no.1
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pp.47-55
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1990
This paper presents experimental results which explore the capability of a CW laser speckle photography for tile measurement of in-plane displacement at high temperature. The serious restrictions on the application of the method seem to be the ambient air turbulence and the change of surface texture caused by the oxidation, as they tend to decorrelate the double exposured speckle patterns. In order to assess only the effect of air turbulence, a ceramics-coated stainless steel plate is heated in air and Ar-laser specklegrams are made with combination of temperature and lateral translation displacement. The slight reduction in visibility of Young's fringes is observed at $1000^{\circ}C$. The analyses of Young's fringes are carried out by a image processing system using a TV-camera and computers, and the result agrees well with the micrometer reading. Futhermore, uncoated stainless steel and Hastelloy X plates are tested and the effect of oxidation is also evaluated. The experimental results demonstrate that a CW laser speckle photography is applicable at temperatures up to $1000^{\circ}C$.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.1
no.2
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pp.125-133
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1993
Electronic Speckle Pattern Interferometry(ESPI) using a CW laser, a video system and image processor was applied to the rotating displacement of rigid body. ESPI require no special surface preparation or attachments and displacements between any two arbitrary points on the surface can be measured. The characteristic speckle pattern formed when imaging a scattering surface illuminated by laser light retains phase information, which can be used for interferometric measurement of surface displacement. The application of this principle to measuring in-plane displacement resolved in one direction is described, together with the novel use of television equipment to detect and process the information contained in the speckle pattern. This is faster, and more convenient and versatile than customary photographic methods.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.4
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pp.908-917
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1995
The constant .DELTA.K fatigue tests are performed in SS41 and its weldments to investigate crack opening behavior and fatigue crack propagation behavior at each parts of weldment and its boundary layer. The weldments were annealed after welding for the purpose of relieving residual stress. Every weldments has notch at weld metal zone, and fatigue crack propagates from weld metal zone to vase metal zone perpendicular to weld line. The Laser ISDG method is used in order to determine the crack opening ratio, this method is more precise than indirect measurement method, and faster and easier than other direct measurement method.
In this paper, we propose an artificial intelligence method to compensate the nonlinearity error which occurs in the heterodyne laser interferometer. Some superior properties such as long measurement range, ultra-precise resolution and various system set-up lead the laser interferometer to be a practical displacement measurement apparatus in various industry and research area. In ultra-precise measurement such as nanometer or subnanometer scale, however, the accuracy is limited by the nonlinearity error caused by the optical parts. The feedforward neural network trained by back-propagation with a capacitive sensor as a reference signal minimizes the nonlinearity error and we demonstrate the effectiveness of our proppsed algorithm through some experimental results.
Kim, Gyeong-Seok;Na, Gi-Dae;Jung, Nak-Gyu;Cha, Yong-Hun;Jung, Un-Gwa
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.8
no.4
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pp.41-54
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1991
Laser speckle photography-one of the Laser speckle measurement methods which, recently, are used widely in various science, and engineering applications are succesfully used in the non-contact measurement of In-plaane displacement. In this study, automated measurement and analysis are tried in the laser speckle photo- graphy method using a video camera, computer control and processing, and a X-Y positioning table driven by computer controlled stepping motor. The experiment was compared with the theorecial strain and stress data from finite element method. The result showed that displacement, strain and stress can be measured more accurately and conveniently by using this approach.
Because of its long measurement range and ultra-precise resolution. the heterodyne laser interferometer systems are very common in various industry area such as semiconductor manufacturing. However the periodical nonlinearity property caused from frequency mixing is an obstacle to improve the high measurement accuracy in nanometer scale. In this paper to minimize the effect of nonlinearity, we propose an adaptive nonlinearity compensation algorithm. We first compute compensation parameters using least square (LS) with the capacitance displacement sensor as a reference input. We then update the parameters with recursive LS (RLS) while the values are optimized to modify the elliptical phase into circular one. Through comparison with some experimental results of laser system, we demonstrate the effectiveness of our proposed algorithm.
We review the basic principles of laser speckle photography and its applications to the measurement of surface displacement and deformation and to flow velocimetry. metry.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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