Active sensors are used a lot in the society and industry, for example to gain better control over processes or to get proximity sensing features in different products. Within industry there is great interest in developing safe automation products that can be controlled with high accuracy but still at a low cost. The goal of this project is to develop a prototype of a non-contact rangefinder that measures distance using infrared light. The sensor is to be used for various applications in industries with relatively high accuracy and be compact, but at a low cost. By implementing a rangefinder into a product, more accurate detections of an object’s presence can be done. In this project a new distance sensor, EPC600 from ESPROS, was used. The EPC600 measures distance by the phase shift method, the EPC600 is also equipped with a temperature and ambient light sensor. After creating a model for corrections of measurements, an accuracy of ±10mm was reached for distances up to 2500mm under influence of ambient light of 400lux. The dimensions of the sensor are 29x20x24mm and the cost of the prototype is 250SEK. / Aktiva sensorer används väldigt mycket i samhället och industrin för att till exempel få bättre kontroll över processer eller för att få beröringsfria funktioner hos olika produkter. Inom industrin finns det ett stort intresse för att ta fram säkra automationsprodukter som kan styras med hög noggrannhet men fortfarande till en låg kostnad. Målet med det här projektet är att ta fram en prototyp av en beröringsfri avståndssensor som mäter avstånd med hjälp av IR-ljus. Sensorn ska kunna användas till olika applikationer inom industrin med relativt hög noggrannhet och vara kompakt men till en låg kostnad. Genom att implementera en avståndssensor i en produkt kan även säkrare detekteringar av ett objekts närvaro utföras. I projektet används en ny avståndssensor, EPC600 från ESPROS. EPC600 använder sig av fasskiftsmetoden för att mäta avstånd och har även integrerade sensorer för att mäta omgivningsljus och temperatur. Efter att en modell för korrigering av mätvärden gjorts, uppnåddes en noggrannhet på ±10mm vid mätningar av avstånd upp till 2500mm under påverkan av omgivningsljus på 400lux. Måtten på sensorn är 29x20x24mm och priset för protoypen 250SEK.

<p>This thesis is performed at Saab Bofors Dynamics in Karlskoga and investigates a technique for ranging with laser pulses. The investigated technique is called Constant Fraction Detection (CFD). Described briefly, the received laser pulse is split into two equal parts, where one part is delayed half the pulse width and inverted. This signal is added to the original pulse. The resulting curve has the shape of a laying S and the detection of the zero level is used to stop the time measurement. The time measurement will be independent of the incoming signal’s amplitude. The CFD technique has the advantage of collecting accurate data for each send pulse, which results in an ability to collect values of measurement with a high frequency. The theses investigates a measurement frequency of 10 kHz that will give an opportunity to implement a scanning function with the possibility to, for example, reproduce a ground structure from a flying object. </p><p>The theses include both digital and analog electronics, which makes it a complex design task. The detector was constructed using analog circuits, from the signal processing of the incoming reflected pulse to the generation of a voltage level as a representation of the distance. The analog part is controlled by digital signals generated by a FPGA, which also performs calculations to convert the voltage level into a distance displayed on a LCD. </p><p>A large part of the work was dedicated to designing a layout and constructing a surface mounted printed circuit board (PCB) and therefor the report treats the whole development process, from technical requirement to construction and verification of a prototype. </p><p>The conclusion states that the CFD technique is a suitable technique for ranging with demands on fast collection of data. The prototype has sufficient accuracy at constant amplitude and was at the time of presentation shown as a prototype for demonstration. The independence of amplitude on the incoming signal was never accomplished and the reason for this is stated in the report. However, further development should solve the problem.</p>

<p>BT Products AB ingår i Toyota-koncernen och är världsledande inom trucktillverkning. BT har flera</p><p>dotterbolag i olika delar av världen som tillverkar truckar, t ex Raymond i USA. Några av de BTtillverkade</p><p>truckarna har ett höjdmätningssystem. Detta höjdmätningssystem är till för att underlätta</p><p>för föraren att positionera gafflarna i höjdled. Föraren måste aktivt ge styrsignal för att en höjdrörelse</p><p>skall tillåtas. Dagens system på BT: s RR truckar mäter endast huvudlyftet.</p><p>Syftet med examensarbetet är att undersöka konkurrentlösningar och befintliga system, studera</p><p>maskindirektiv och standarder samt att sätta sig in i höjdmätningssystemets användningsområde. I</p><p>examensarbetet ingår även att utreda lämpliga typer av sensorer som kan användas i befintliga</p><p>systemet eller i ett alternativt system. Denna lösning skall jämföras med det befintliga systemet som</p><p>har hög tillförlitlighet och har en rimlig kostnad. Slutligen skall lösningen testas på truck och</p><p>dokumentera lösningens fördelar och nackdelar.</p><p>Examensarbetet avgränsas till undersökningar, utvärderingar och tester av sensorer och möjliga sätt</p><p>att utföra höjdmätning på truck. Den valda lösningen kommer i detta arbete inte att installeras i</p><p>trucken utan endast utföras experimentellt. Alternativa lösningar till det valda höjdmätningssystemet</p><p>kommer ändå att presenteras.</p><p>De metoder som använts i examensarbetet är BT: s nyckel för riskanalys och delar av Hubkas</p><p>utvecklingsprocedur. Testutföranden är beskrivna i provjournaler och är bifogade i rapporten.</p><p>Examensarbetet är utfört på ett systematiskt sätt enligt teorier av Vladimir Hubkas och Mogens</p><p>Myrup Andreasens utvecklingsprocedur. Först gjordes en faktainsamling om givare, konkurrentlösningar</p><p>och det befintliga systemet. Därefter sammanställdes en kravspecifikation utifrån teorier från</p><p>Hubkas samt maskindirektiv för höjdmätningssystemet. Ett antal olika sätt att mäta lyfthöjden togs</p><p>fram för de olika givartyperna. Med hjälp av datummetoden jämfördes de olika givarna mot sensorlagret</p><p>från SKF i det befintliga höjdmätningssystemet. Utifrån resultatet av datummetoden rangordnades</p><p>givarna, och tillsammans med respektive mätsätt kunde de lämpligaste höjdmätningssystemen</p><p>fås fram. Med hänsyn till att bristerna i det befintliga systemet inte behandlades med</p><p>datummetoden omvärderades framtagna mätsystemen mot bristerna för det befintliga systemet.</p><p>Resultatet blev att mäta hela lyfthöjden på gaffelvagnen och att använda en och samma givare. De</p><p>båda valda alternativa givartyperna utsattes för undersökningar samt testades på truck. En del</p><p>svårigheter som kvarstår är inbyggnaden i stativet eller på gaffelvagnen. En lösning är att placera</p><p>draw-wiren i utskjutningsvagnen och leda ut wiren mellan stativpelarna. Wiren vinklas sedan upp i</p><p>stativet med hjälp av ett styrhjul och fästs i gaffelvagnen. Även om lasern medför ett bra säljargument</p><p>är en billig laser för långsam för att ingå i ett höjdförvalssystem. Dessutom klarar lasern</p><p>inte av miljötålighetskraven. Övriga mätsystem som inte mäter hela lyfthöjden ärver de brister som</p><p>det befintliga systemet har. Det andra i arbetet framtagna systemet med en draw-wire trumma är</p><p>dyrare än det befintliga.</p><p>Slutsatsen blir dock att om BT tar fram ett alternativt system för att mäta höjd bör man konstruera en</p><p>egen wire trumma samt integrera SKF: s sensorlager.</p>

BT Products AB ingår i Toyota-koncernen och är världsledande inom trucktillverkning. BT har flera dotterbolag i olika delar av världen som tillverkar truckar, t ex Raymond i USA. Några av de BTtillverkade truckarna har ett höjdmätningssystem. Detta höjdmätningssystem är till för att underlätta för föraren att positionera gafflarna i höjdled. Föraren måste aktivt ge styrsignal för att en höjdrörelse skall tillåtas. Dagens system på BT: s RR truckar mäter endast huvudlyftet. Syftet med examensarbetet är att undersöka konkurrentlösningar och befintliga system, studera maskindirektiv och standarder samt att sätta sig in i höjdmätningssystemets  användningsområde. I examensarbetet ingår även att utreda lämpliga typer av sensorer som kan användas i befintliga systemet eller i ett alternativt system. Denna lösning skall jämföras med det befintliga systemet som har hög tillförlitlighet och har en rimlig kostnad. Slutligen skall lösningen testas på truck och dokumentera lösningens fördelar och nackdelar. Examensarbetet avgränsas till undersökningar, utvärderingar och tester av sensorer och möjliga sätt att utföra höjdmätning på truck. Den valda lösningen kommer i detta arbete inte att installeras i trucken utan endast utföras experimentellt. Alternativa lösningar till det valda höjdmätningssystemet kommer ändå att presenteras. De metoder som använts i examensarbetet är BT: s nyckel för riskanalys och delar av Hubkas utvecklingsprocedur. Testutföranden är beskrivna i provjournaler och är bifogade i rapporten. Examensarbetet är utfört på ett systematiskt sätt enligt teorier av Vladimir Hubkas och Mogens Myrup Andreasens utvecklingsprocedur. Först gjordes en faktainsamling om givare, konkurrentlösningar och det befintliga systemet. Därefter sammanställdes en kravspecifikation utifrån teorier från Hubkas samt maskindirektiv för höjdmätningssystemet. Ett antal olika sätt att mäta lyfthöjden togs fram för de olika givartyperna. Med hjälp av datummetoden jämfördes de olika givarna mot sensorlagret från SKF i det befintliga höjdmätningssystemet. Utifrån resultatet av datummetoden rangordnades givarna, och tillsammans med respektive mätsätt kunde de lämpligaste höjdmätningssystemen fås fram. Med hänsyn till att bristerna i det befintliga systemet inte behandlades med datummetoden omvärderades framtagna mätsystemen mot bristerna för det befintliga systemet. Resultatet blev att mäta hela lyfthöjden på gaffelvagnen och att använda en och samma givare. De båda valda alternativa givartyperna utsattes för undersökningar samt testades på truck. En del svårigheter som kvarstår är inbyggnaden i stativet eller på gaffelvagnen. En lösning är att placera draw-wiren i utskjutningsvagnen och leda ut wiren mellan stativpelarna. Wiren vinklas sedan upp i stativet med hjälp av ett styrhjul och fästs i gaffelvagnen. Även om lasern medför ett bra säljargument är en billig laser för långsam för att ingå i ett höjdförvalssystem. Dessutom klarar lasern inte av miljötålighetskraven. Övriga mätsystem som inte mäter hela lyfthöjden ärver de brister som det befintliga systemet har. Det andra i arbetet framtagna systemet med en draw-wire trumma är dyrare än det befintliga. Slutsatsen blir dock att om BT tar fram ett alternativt system för att mäta höjd bör man konstruera en egen wire trumma samt integrera SKF: s sensorlager.

This thesis is performed at Saab Bofors Dynamics in Karlskoga and investigates a technique for ranging with laser pulses. The investigated technique is called Constant Fraction Detection (CFD). Described briefly, the received laser pulse is split into two equal parts, where one part is delayed half the pulse width and inverted. This signal is added to the original pulse. The resulting curve has the shape of a laying S and the detection of the zero level is used to stop the time measurement. The time measurement will be independent of the incoming signal’s amplitude. The CFD technique has the advantage of collecting accurate data for each send pulse, which results in an ability to collect values of measurement with a high frequency. The theses investigates a measurement frequency of 10 kHz that will give an opportunity to implement a scanning function with the possibility to, for example, reproduce a ground structure from a flying object. The theses include both digital and analog electronics, which makes it a complex design task. The detector was constructed using analog circuits, from the signal processing of the incoming reflected pulse to the generation of a voltage level as a representation of the distance. The analog part is controlled by digital signals generated by a FPGA, which also performs calculations to convert the voltage level into a distance displayed on a LCD. A large part of the work was dedicated to designing a layout and constructing a surface mounted printed circuit board (PCB) and therefor the report treats the whole development process, from technical requirement to construction and verification of a prototype. The conclusion states that the CFD technique is a suitable technique for ranging with demands on fast collection of data. The prototype has sufficient accuracy at constant amplitude and was at the time of presentation shown as a prototype for demonstration. The independence of amplitude on the incoming signal was never accomplished and the reason for this is stated in the report. However, further development should solve the problem.

Målet med projektet var att med ultraljudsteknik tillverka en produktsom kan bestämma positionen i ett område på 10x10 m. För att uppnådetta tillverkades tre enheter kapabla att sända och mottagaultraljudssignaler. Enheterna består av en ultraljudstransceiver, ettkretskort som kan skicka utsignal och förstärka insignal samt ettwifi-kompatibelt microkontrollerkort. Två av dessa enheter användessom referenspunkter med kända koordinater. Koordinaterna för dentredje beräknades genom att med ultraljud mäta avstånden tillreferenspunkterna. Den slutgiltiga produkten var kapabel att mätapositionen i ett område på 2x2 m. Iakttagelser påvisar däremot att ettstörre område bör vara möjligt med samma uppställning.

RoboRally is a board game where the goal is to drive a smallrobot from a start position to a goal across a dynamic boardwith different types of obstacles. The robots in this gamearen’t real robots, they are small plastic figures which aremoved by hand during the game. Our vision is to researcha solution for implementing the game with real robots. Inorder to do this, precise positioning is key. The purposeof this project was therefore to create a local positioningsystem that allows a robot to find its position in a definedspace and change it on a user command with good precision.The built positioning system is based on the time offlight technique using infrared light and ultrasound. Thesystem uses two transmitters and one receiver to calculatetwo planar distances which can be converted to a coordinatewithin the board.To assess the system performance in a RoboRally applicationa small robot was built and multiple tests conducted.The first result was that a one-dimensional distancecalculation using the time of flight technique achieveda mean error of 3,2 mm for distances shorter than 1 m. Thenext result was that the positioning system achieved a 90x 70 cm rectangle field of view with an accuracy between1 and 6 cm within this area. The last result was that therobot was able to move a specified distance with a precisionof ± 1 mm and then verify its position successfully at a rateof 97 %.The final conclusion of the project is that the positioningsystem is accurate enough for a RoboRally applicationbut needs improvements on its field of view. / RoboRally är ett brädspel som går ut på att köra en robot från en startpunkt till ett mål över en dynamisk spelplan med olika typer av hinder. Robotarna i detta spel är inte riktiga robotar, det är små figurer av plast som flyttas för hand under spelets gång. Vårt mål är att undersöka en lösning för att implementera spelet med riktiga robotar. För att lyckas med detta så är det viktigt med noggrann positionering. Syftet med detta projekt var att skapa ett positioneringssystem som gör att en robot kan hitta sin egen position inom en yta och ändra den på kommando med god precision. Positioneringssystemet som tagits fram är baserat på time of flight teknik med hjälp av infrarött ljus och ultraljud. Systemet använder två sändare och en mottagare för att räkna ut två avstånd som sedan kan omvandlas till en koordinat på spelplanen. För att bedömma systemets prestanda i RoboRally sammanhang så har en liten robot byggts och flera tester utförts. Det första resultatet är att en endimensionell avståndsberäkning med time of flight tekniken kunde uppnå ett medelfel på 3,2 mm för avstånd kortare än 1 m. Nästa resultat var att positionssystemet uppnådde ett 90 x 70 cm rektangulärt synfält med en noggrannhet mellan 1 och 6 cm inom detta område. Det sista resultatet var att roboten kan förflytta sig en bestämd sträcka med en noggrannhet på ± 1 mm och sedan verifiera sin position korrekt 97 % avförsöken. Projektets slutsats är att positionssystemet har tillräckligtbra noggrannhet för att kunna användas för RoboRally men att det behöver förbättrat synfält.

Although laser rangefinder technologies have been around for decades in military, cartography, building, industrial and research applications it is only in recent years that more generally applicable and cheaper consumer grade laser range finder sensors have become available. This project investigates the possibilities and limitations of creating a mobile 360 degree, two-dimensional obstacle detection system using off-the-shelf available electronic components. Using a Lidar Lite 3 from Garmin Ltd., an Arduino compatible microcontroller based on Atmel 328P, a Raspberry Pi 3 from The Raspberry Pi Foundation and an electronic speed controlled brushless DC motor driving the rotation, it is shown how range data measurements can be collected, communicated, processed and displayed at measurement rates between 500 and 1000 Hz. At 5 Hz update rate of a complete 360-degree data set, this translates to a worst case angular resolution of 2.5 degrees at ranges reaching 10 meters depending on target reflectivity. Configured for these faster measurement rates, at static measurements of a white painted wall, the measurements show a standard deviation of 0.06 m at a five-meter range, going up to 0.19 m at a range of 10 meters. A modular and mobile prototype was designed and built. The modularity allowed testing and verification of two configurations. Configuration A uses a slip ring for power and data transfer to the rotating sensor. Configuration B allows the laser range finder to be stationary and instead rotates a first surface aluminum mirror positioned at 45 degrees above the sensor. The measurement results show that increasing range has a notable adversely effect on the number of successful readings in a setting demanding faster measurement rates of above 500 Hz. The number of successful readings decreases at ranges above 5 meters, and this decrease of successful readings is more pronounced in the configuration using a mirror to reflect the measurement. The mirror reflected version does on the other hand allow an electromechanically simpler, more silent and durable system. Using a density based clustering algorithm it is shown how person sized objects in the point cloud data can be robustly detected at ranges up to 5 meters.