Kim, Jong-Ahn;Kim, Jae-Wan;Eom, Tae-Bong;Kang, Chu-Shik
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.9
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pp.60-67
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2007
A signal conditioning circuit for capacitive displacement sensors was developed using a high frequency modulation/demodulation method, and its performance was evaluated. Since capacitive displacement sensors can achieve high resolution and linearity, they have been widely used as precision sensors within the range of several hundred micrometers. However, they inherently have a limitation in low frequency range and some nonlinearity characteristics and so a specially designed signal conditioning circuit is needed to handle these properties. The developed signal processing circuit consists of three parts: linearization, modulation/demodulation, and nonlinearity compensation. Each part was constructed discretely using several IC chips and passive elements. An evaluation system for precision displacement sensors was developed using a laser interferometer, a precision stage, and a PID position controller. The signal processing circuit was tested using the evaluation system in the respect of resolution, repeatability, linearity, and so on. From the experimental results, we know that a highly linear voltage output can be obtained successfully, which is proportional to displacement and the nonlinearity of output is less than 0.02% of full range. However, in the future, further investigation is required to reduce noise level and phase delay due to a low-pass filter. The evaluation system also can be applied effectively to calibration and evaluation of precision sensors and stages.
In an effort to reduce weaknesses of existing laser displacement sensor-based system, a sensing device for distance and balance of mask-substrate gap using touch-type displacement sensor was suggested. The device suggested in this study is expected to solve the problems of prices and reflections, by means of a touch-type sensor. LCD exposure equipment stage system including suggested sensing device was realized to assess the characteristics of sensing the balance and gap between mask and substrate. It was verified that a touch-type displacement sensor-based device to adjust the balance and distance of mask-substrate gap suggested in this study can be applicable to LCD expose equipment in practice.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.10
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pp.989-994
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2011
This study aims to demonstrate the feasibility of a visual servoing-based paired structured light (SL) robot for estimating structural displacement under various external loads. The former paired SL robot, which was proposed in the previous study, was composed of two screens facing with each other, each with one or two lasers and a camera. It was found that the paired SL robot could estimate the translational and rotational displacement each in 3-DOF with high accuracy and low cost. However, the measurable range is fairly limited due to the limited screen size. In this paper, therefore, a visual servoing-based 2-DOF manipulator which controls the pose of lasers is introduced. By controlling the positions of the projected laser points to be on the screen, the proposed robot can estimate the displacement regardless of the screen size. We performed various simulations and experimental tests to verify the performance of the newly proposed robot. The results show that the proposed system overcomes the range limitation of the former system and it can be utilized to accurately estimate the structural displacement.
A sensor system was developed to measure displacement of civil structure at a long distance. A He-Ne Laser tube and photodiodes ware used for non-contact measurement. This system allows real time vibration displacement measurement of bridges. The measured displacement data is displayed on computer monitor graphically and also in digit. The accuracy of the displacement measurement shows 2mm in vertical vibration. It shows remote inspection of the vibration of long bridges and buildings.
Heavy rainfall induces many disasters including slope failure and infrastructure collapse. In this point of view, rainfall-simulated centrifugal model test can be a reasonable tool to evaluate the stability of geotechnical structure. In order to obtain the displacements of a model in centrifugal model test, in general, LVDT and laser displacement sensor are used. However, when the rainfall is simulated, the LVDT has the problem of excessive infiltration into the model ground, and the laser displacement sensor provides the measuring result with inaccuracy due to the dispersion of the laser radiation. Hence, in this study, horizontal displacement sensor for rainfall-simulated centrifugal model test was developed. This sensor produced with a thin elastic steel plate and gave the accurate relationship between the displacement and the strain.
Lee, Gil-yong;Kim, Jun-Sang;Yoou, Geon hee;Kim, Young Suk
Korean Journal of Construction Engineering and Management
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v.25
no.3
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pp.68-82
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2024
The planning stage of laser scanning is crucial for acquiring high-quality 3D source data. It involves assessing the target space's environment and formulating an effective measurement strategy. However, existing practices often overlook on-site conditions, with decisions on scanner deployment and scanning locations relying heavily on the operators' experience. This approach has resulted in frequent modifications to scanning locations and diminished 3D data quality. Previous research has explored the selection of optimal scanner locations and conducted preliminary reviews through simulation, but these methods have significant drawbacks. They fail to consider scanner inaccuracies, do not support the use of multiple scanners, rely on less accurate 2D drawings, and require specialized knowledge in 3D modeling and programming. This study introduces an optimization technique for laser scanning planning using 3D simulation to address these issues. By evaluating the accuracy of scan data from various laser scanners and their positioning for scanning a retaining wall structure in a small-scale building, this method aids in refining the laser scanning plan. It enhances the decision-making process for end-users by ensuring data quality and reducing the need for plan adjustments during the planning phase.
Joung, Ji Hoon;Kang, Tae-Sun;Shin, Hyeon-Ho;Kim, SooJong
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.2
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pp.218-222
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2014
In this paper, we introduce an autonomous calibration method for a 2D laser displacement sensor (e.g. laser vision sensor and laser range finder) by matching a single point on a flat structure. Many arc welding robots install a 2D laser displacement sensor to expand their application by recognizing their environment (e.g. base metal and seam). In such systems, sensing data should be transformed to the robot's coordinates, and the geometric relation (i.e. rotation and translation) between the robot's coordinates and sensor coordinates should be known for the transformation. Calibration means the inference process of geometric relation between the sensor and robot. Generally, the matching of more than 3 points is required to infer the geometric relation. However, we introduce a novel method to calibrate using only 1 point matching and use a specific flat structure (i.e. circular hole) which enables us to find the geometric relation with a single point matching. We make the rotation component of the calibration results as a constant to use only a single point by moving a robot to a specific pose. The flat structure can be installed easily in a manufacturing site, because the structure does not have a volume (i.e. almost 2D structure). The calibration process is fully autonomous and does not need any manual operation. A robot which installed the sensor moves to the specific pose by sensing features of the circular hole such as length of chord and center position of the chord. We show the precision of the proposed method by performing repetitive experiments in various situations. Furthermore, we applied the result of the proposed method to sensor based seam tracking with a robot, and report the difference of the robot's TCP (Tool Center Point) trajectory. This experiment shows that the proposed method ensures precision.
International conference on construction engineering and project management
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2022.06a
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pp.1250-1251
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2022
Measuring management is an important part of preventing the collapse of retaining walls in advance by evaluating their stability with a variety of measuring instruments. The current work of measuring management requires considerable human and material resources since measurement companies need to install measuring instruments at various places on the retaining wall and visit the construction site to collect measurement data and evaluate the stability of the retaining wall. It was investigated that the applicability of the current work of measuring management is poor at small and medium-sized urban construction sites(excavation depth<10m) where measuring management is not essential. Therefore, the purpose of this study is to develop a laser sensor-based hardware to support the wall displacement measurements and their control software applicable to small and medium-sized urban construction sites. The 2D lidar sensor, which is more economical than a 3D laser scanner, is applied as element technology. Additionally, the hardware is mounted on the corner strut of the retaining wall, and it collects point cloud data of the retaining wall by rotating the 2D lidar sensor 360° through a servo motor. Point cloud data collected from the hardware can be transmitted through Wi-Fi to a displacement analysis device (notebook). The hardware control software is designed to control the 2D lidar sensor and servo motor in the displacement analysis device by remote access. The process of analyzing the displacement of a retaining wall using the developed hardware and software is as follows: the construction site manager uses the displacement analysis device to 1)collect the initial point cloud data, and after a certain period 2)comparative point cloud data is collected, and 3)the distance between the initial point and comparison point cloud data is calculated in order. As a result of performing an indoor experiment, the analyses show that a displacement of approximately 15 mm can be identified. In the future, the integrated system of the hardware designed here, and the displacement analysis software to be developed can be applied to small and medium-sized urban construction sites through several field experiments. Therefore, effective management of the displacement of the retaining wall is possible in comparison with the current measuring management work in terms of ease of installation, dismantlement, displacement measurement, and economic feasibility.
In this study, a 3D coordinate measurement system equipped with a laser displacement meter for digitizing rock joint surface was established and the digitized data were used to calculate several roughness parameters. The parameters used in this study were micro avenge inclination $angle(i_{ave})$, average slope of joint $asperity(SL_{ ave})$, root mean square of $i-angle(i_{rms})$, standard deviation of height(SDH), standard deviation of $i-angle(SD_i)$, roughness profile $index(R_P)$, and fractal dimension(D). The relationships between the roughness parameters based on the digitzation of the surface profile were analyzed. Since the measured value varied according to the degree of reflection and the variation of colors at the measuring point, rock joint surface was painted in white to minimize the influence of the surface conditions. The comparison of the measured values and roughness parameters before and after painting revealed the better consequence from measurement on the painted surfaces. Also, effect of measuring interval was studied. As measured interval was increased, roughness parameters were exponentially decreased. The incremental sequence of degree of decrease was $SDH\; i_{ave},\; i_{rms},\; SD_i,\;and\; R_ p-1$. As a result of comparison of parameters from pin-type measurement system and laser type measurement system, all value of parameters were higher when laser-type measurement system was used, except SDH.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.11
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pp.58-66
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1998
A low power consuming laser scanning vibrometer is studied for its development. For its optical system, a laser interferometer is constructed to use the Doppler effect. In order to reduce the driving power of the scanning system, a small displacement of the scanning system is produced, which is achieved by using a magnetostrictive actuator. A sufficient rotating angle of the scanning system is obtained by using an amplified displacement from the resonant phenomena of a second order mechanical system composed of a mass and spring. The control of the magnetostrictive actuator using a Terfenol-D is performed without using a feedback system to help reduce the power consumption. The vibration analysis is made for the sinusoidal scanning input to have the space domain information from the time domain of the velocity of a vibration object. As a partial work of development of a tow power consuming laser scanning vibrometer, in this work, a scanning system which has the above features is developed and experimentally investigated. For the purpose of the optical system calibration, the vibration measurement for one axis is presented and the future works are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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