Since civil infrastructures are exposed to various external loads and their structural
conditions are directly related to public safety, it is essential to evaluate the structural
safety. In particular, the dynamic displacement measurement which contains important
information on structural conditions is considered one of the most important categories
of structural health monitoring (SHM). To estimate structural displacement, a 6-DOF
displacement measurement system of one-way projection type based on vision and laser
sensors, one-way ViSP in short, is proposed in this thesis. The system is composed of
a transmitter and a receiver facing each other. The transmitter consists of a 1-D LRF
(Laser Range Finder), two lasers and a 2-DOF manipulator; and the receiver consists of
a camera and a screen. The 1-D LRF with ±1mm accuracy obtains distance information
from the screen of the receiver to the manipulator of the transmitter. The lasers and LRF
project their parallel beams to the screen on the receiver. Then, the manipulator controls
the pose of the lasers and LRF for projected laser beams to be inside the screen all the
time. The camera attached to the receiver captures an image of the screen. The 6-DOF
displacement between the transmitter and the receiver can be estimated by calculating
positions of the projected laser beams, the measured distance from the LRF, and the
rotation angles of the manipulator. To verify the proposed system, several simulations
with random noise of the measurement and indoor experiments have been conducted.
기존 ViSP는 각 모듈을 릴레이 방식으로 설치함으로써 장대교량이나 고층건물 같은 대형 구조물을 측정할 수 있지만, 댐이나 사면 같은 넓은지역을 측정하기에는 적합하지 않다. 이 문제를 해결하기 위해 우리 연구팀은 레이저의 단방향조사 방식의 ViSP(이하, one-way ViSP)를 제안하였다. one-way ViSP는 서로 마주 보는 송신부와 수신부로 구성되어 있다. 송신부는 LRF(laser range finder), 2자유도 매니퓰레이터(manipulator), 그리고 두 개의 레이저 포인터로 구성되어 있으며, 수신부는 카메라와 스크린으로 구성되어 있다. 송신부의 LRF와 레이저로부터 나오는 빔은 수신부의 스크린을 향해 평행하게 조사되고 수신부에 부착된 카메라는 스크린의 영상을 획득한다. 송신부의 경우 모터를제어하고 PC와 통신을 하기 위해 컨트롤 보드가추가로 구성되어 있다. 기존 ViSP와 마찬가지로 두 지점 사이의 6자유도 상대 변위는 수신부의 스크린에 투영된 총 2개의 레이저 포인터 및 LRF 빔의 위치와 LRF로부터 측정된 송·수신부 사이의 거리 그리고 매니퓰레이터의 각도정보를 바탕으로 IDE 등을 이용하여 6 자유도 변위를 계산할 수 있다. 이 시스템은 대형 공간과 같은 넓은 지역의 변위를 측정하는 데 유용하게 활용될 것으로 전망된다.
