umu.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Optical sensor solution for anti-pendulation system
Umeå University, Faculty of Science and Technology, Department of Physics.
2016 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Optisk mätmetod för att motverka pendling av last (Swedish)
Abstract [en]

MacGregor Cranes Örnsköldsvik currently has a solution called Swing Defeater to reduce payload oscillations for their developed cranes. It uses an Inertial Measurement Unit (IMU) with gyroscopes and accelerometers that determines angles; angular velocities and acceleration of the hook block connected to the crane. The information is transmitted through wireless communication and all components of the IMU is powered by a rechargeable battery. The existing solution currently works well for hook blocks attached to two or more wires. With the introduction of their latest crane, the Lattice Boom Crane, which features a hook block attached to one wire, an optional solution to reduce payload oscillations needs to be developed. The new solution needs to be able to produce results similar to the IMU at a sampling frequency of at least 10 Hz. The sensors should also be resistant to temperature, rain and dust to some extent. It is preferred if no sensors are mounted on the hook block to avoid the need for a battery as a power source. In addition it also needs to be viable for a real-time outdoors application.

To solve this problem, this thesis investigates three different optical solutions. A Laser Measurement System (LMS), a Time of Flight (ToF) camera system, and a triangulation setup with a camera and line laser. According to this study the LMS approach is the most promising. However, the other two methods require more thorough testing. First, the tested ToF camera was not suited for outdoor use and experiments on the wires connected to the cranes could not be performed. Also, the ToF camera implementation required image filtering to process the data. But the analyzed data showed that a ToF camera could be a plausible solution. Second, the triangulation setup was tested once indoors which only gave information about the accuracy of the setup. The measurement uncertainty of the triangulation was $\pm$2 cm for distances up to 2 meters.

The results from the LMS method were compared to data from the IMU and it was found that they showed similar patterns. A cross-correlation analysis determined that the measured wire angle with the LMS was more exact than that of the IMU when compared against a theoretically expected output. Thus, the LMS therefore has potential to be used in an anti-pendulation system. It can handle situations when only one wire is connected to the hook block in addition to the existing two-wire setups.

MacGregor Cranes is recommended to consider the LMS solution for further development.

Abstract [sv]

MacGregor Cranes Örnsköldsvik har i nuläget en lösning kallad Swing Defeater som dämpar lastpendling för deras utvecklade kranar. Den använder sig av en mätlåda (IMU) med gyroskop och accelerometrar som bestämmer vinklar, vinkelhastigheter och acceleration av krokblocket kopplat till kranen. Informationen förs över trådlöst till styrsystemet i kranen och alla komponenter i IMUt strömförsörjs av ett uppladdningsbart batteri. Den nuvarande lösning fungerar bra för krokblock som är kopplade med två eller fler vajrar. Med introduktionen av deras senaste kran, Lattice Boom Crane, som har ett krokblock som endast är kopplat med en vajer, behövs en annan typ av lösning för att dämpa lastpendling. Den nya lösningen måste producera resultat som är jämförbara med informationen från IMU med en samplingsfrekvens på åtminstone 10 Hz. Sensorerna ska vara tåliga mot temperatur, regn och smuts. Det föredras om inga sensorer placeras på krokblocket för att slippa använda batteri som kraftkälla. Lösningen ska vara applicerbar utomhus i realtid.

För att lösa problemet har tre olika optiska lösningar studerats. En Laseravståndsmätare (LMS), en Time of Flight (ToF) kamera, och en trianguleringsuppställning med kamera och linjelaser. Enligt den här studien är lösningen med en LMS mest lovande. De två andra metoderna behöver mer genomgående tester. ToF kameran var inte användbar utomhus och därför kunde inge tester göras på riktiga vajrar kopplade till krokblock. Lösningen krävde också tung bildanalys för att hantera all information. Resultatet visar dock att en ToF kamera kan vara en möjlig lösning. Trianguleringsuppställning testades endast inomhus vilket gav information om mätosäkerheten för uppställningen som var $\pm$2 cm för avstånd upp till 2 meter.

Resultaten från LMS jämfördes med information från IMU och de visade liknande mönster. Korskorrelationsanalys visade att resultat från LMS var mer likt ett teoretiskt resultat gentemot information från IMU. Därför har lösningen med LMS potential att användas i ett anti-pendlingssystem. Lösningen kan hantera krokblock kopplade med en vajer samt krokblock kopplade med två eller fler vajrar.

MacGregor Cranes rekommenderas att överväga lösningen med LMS för framtida utveckling.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , 38 p.
Keyword [en]
Optics, Sensors, Cranes, Anti-pendulation
Keyword [sv]
Optik, Sensorer, Kranar, Anti-pendling
National Category
Physical Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:umu:diva-125827OAI: oai:DiVA.org:umu-125827DiVA: diva2:972017
External cooperation
MacGregor Cranes Örnsköldsvik
Subject / course
Examensarbete i teknisk fysik
Educational program
Master of Science Programme in Engineering Physics
Presentation
2016-08-26, Universitetsklubben, Universums gränd 4, 901 87, Umeå, 08:00 (Swedish)
Supervisors
Examiners
Available from: 2016-09-20 Created: 2016-09-19 Last updated: 2016-09-20Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Search in DiVA

By author/editor
Berg, Alexander
By organisation
Department of Physics
Physical Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 58 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf