보고서 정보
주관연구기관 |
광주과학기술원 Gwangju Institute of Science and Technology |
연구책임자 |
박기환
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2011-08 |
과제시작연도 |
2010 |
주관부처 |
교육과학기술부 |
과제관리전문기관 |
한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 |
TRKO201300012420 |
과제고유번호 |
1345135514 |
DB 구축일자 |
2013-08-26
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키워드 |
비행시간법,운전중 변형 형상,레이저 거리측정기,레이저 스캐닝 바이브로미터,레이저 스캐너,3차원 형상 측정,in plane 모드,out-of plane 모드,동기화 스캐닝Time of fight,Operating Deflection Shape,Laser range finder,Laser scanning vibrometer,Laser scanner,3D profiler,in plane mode,out-of plane mode,Synchronized Scanning
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초록
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연구의 목적 및 내용
3개의 레이저 빔 스캐닝을 이용한 3차원 진동 측정 시스템 개발
∙ 헤테로다인 레이저 간섭계, 고주파수용 복조회로, 고분해능 수광센서, 주파수 해석 알고리즘 개발
∙ 3차원 진동 및 형상 측정용 무진동 고속 레이저 스캐닝 시스템, 좌표 인식 알고리즘, 사용자를 위한 GUI, 모드형상 소프트웨어 개발
∙ 비행시간법을 활용한 3차원 형상 측정용 거리측정기, 3차원 운전중 변형형상 알고리즘, 애니메이션용 GUI 소프트웨어 개발
연구결과
∙ 1축 진동측정용 레이저 스캐닝 바이브로
연구의 목적 및 내용
3개의 레이저 빔 스캐닝을 이용한 3차원 진동 측정 시스템 개발
∙ 헤테로다인 레이저 간섭계, 고주파수용 복조회로, 고분해능 수광센서, 주파수 해석 알고리즘 개발
∙ 3차원 진동 및 형상 측정용 무진동 고속 레이저 스캐닝 시스템, 좌표 인식 알고리즘, 사용자를 위한 GUI, 모드형상 소프트웨어 개발
∙ 비행시간법을 활용한 3차원 형상 측정용 거리측정기, 3차원 운전중 변형형상 알고리즘, 애니메이션용 GUI 소프트웨어 개발
연구결과
∙ 1축 진동측정용 레이저 스캐닝 바이브로미터 개발: 광학계와 고민감도 수광부의 성능은 반사 테이프(반사율: 1/1000)없이 종이 재질과 같은 난반사 물체(반사율 : 1/10000)는 약 4m까지 진동 측정할 수 있으며, 검은색과 같은 난반사 물체(반사율 : 1/100000)는 2m까지 진동 측정할 수 있다. 복조회로는 고속 lock in amplifier와 주파수-전압변환기를 설계 및 제작하여 최대 측정 속도성능은 ±3m/sec이며, 최대 측정 진동 주파수 성능은 40KHz이다.
∙ 형상측정용 레이저 스캐너 개발: 40MHz이상 급 LD driver 및 APD detector 개발, 다단계 복조 알고리즘 적용하여 분해능 개선하였다. 최대 10m 거리에서 +-5mm 분해능 3m 이내 거리에서 +-2mm 분해능을 가지며, 측정속도는 1 point/100Hz이다.
∙ 2축 모터 스캐닝 시스템 및 제어기 개발 : 측정체를 CCD로 모니터링하며 그물망을 생성하여 측정 포인터를 지정하여 스캐닝할 수 있는 알고리즘과 소프트웨어를 개발하였다.
개발 스캐너는 최대 초당 10포인트를 측정할 수 있으며 최대 스캐닝 각도 +-25도이다.
∙ 3차원 진동해석 알고리즘 개발:
- 시간에 대한 측정 진동데이타의 고유 주파수와 댐핑계수를 구하는 알고리즘을 개발하였고, 고유 주파수에 대한 진동모드를 추출하고 디스플레이해주는 알고리즘과 GUI를 개발하였다. 또한 측정체가 운전 중에 진동 특성을 확인하기 위한 운전중모드 측정 알고리즘을 개발하고 애니메이션 및 GUI용 소프트웨어를 개발하였다.
- 3차원 진동해석 알고리즘을 개발하고 이를 적용하기 위한 속도의 방향 각도를 계산하기 위한 알고리즘을 개발하였다. 3차원 진동 해석을 하기 위한 레이저 스캐닝 바이브로미터와 형상 측정용 라이다(Lidar)의 시스템 통합을 하였다.
∙ 결과 검증 : 해당 과제의 결과를 검증하기 위한 사용 제품(Polytec, 독일)과의 비교 테스트를 하여 동일한 성능을 얻어 그 우수성을 입증하였다.
연구결과의 활용계획
∙ 문화제 파손 시 형상 복원을 위한 3차원 형상 정보를 기록한다.
(문화제 복원, 가상 현실, 구조물 조립 자동화를 위한 형상측정)
∙ 진동체의 파손 부위를 검출한다. (비행기 동체, 터빈, 우주선, 자동차, 정밀 기계 장치)
∙ 사용자는 실감나는 모드 형상 정보를 획득한다.
∙ 3차원 진동측정기 개발을 통한 산업체에서 요구되는 정확한 진동특성파악
Abstract
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Purpose&contents
Development of a 3 dimensional laser vibration measuring instrument using three laser beams scanning.
∙ Development of heterodyne laser interferometer, high frequency demodulation ciruitry, high resolution optical sensor and frequency analysis algorithm.
∙ Development of la
Purpose&contents
Development of a 3 dimensional laser vibration measuring instrument using three laser beams scanning.
∙ Development of heterodyne laser interferometer, high frequency demodulation ciruitry, high resolution optical sensor and frequency analysis algorithm.
∙ Development of laser scanning system, geometry teaching algorithm, graphic user interface software and vibration mode shape software..
∙ Development of 3D shape measuring technology using time of fight method, 3D Operating Deflection Shape algorithm and animation GUI software.
Result
∙ Recently contactless measuring vibration instrument becomes popular since it is applicable to many areas such as mechanical system, electronic device, automobile, home appliances, bridges and buildings, rotating machines, and hazardous environment.
It can detect all ranges of velocities by using laser Doppler effect from vibration objects.
∙ In order to detect very small vibration, a heterodyne laser interferometer has to be developed with a fast analog signal processor for diffused reflection. Three laser beams at the same point can generate all three axes of velocities by scanning algorithm and precise motor control of scanning mirror.
∙ To display vibration modes in 3-dimension, 3-dimensional shape information of measuring surface is required. Therefore, a range finder (distance measuring sensor) will be developed to measure distance by detecting phase difference between reference and measured signal.
∙ Vibration characteristics such as natural frequency, damping ratio, and mode shape can be calculated from 3 axes of velocities measured. Also 3D operating Deflection Shape(ODS) can be calculated.
Expected Contribution
∙ Researcher can record a 3D shape information for restoring a original form of antiques.
∙ Automatic structure assemble
∙ Damage detection of various mechanical systems.
(Flight, turbine, MEMS, automobile)
∙ Users can obtain a mode shape motion actually.
목차 Contents
- 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
- 목차 ... 3
- 연구계획 요약문 ... 4
- 연구결과 요약문 ... 5
- 한글요약문 ... 5
- SUMMARY ... 6
- 연구내용 및 결과 ... 7
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 60
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 62
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 63
- 7. 주관연구책임자(공동연구원) 대표적 연구실적 ... 64
- 8. 참고문헌 ... 65
- 9. 연구성과 ... 66
- 10. 기타사항 ... 78
- [별첨1] 대표연구업적 ... 78
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