Visual measurement of laser-arc hybrid welding

Tässä työssä raportoidaan hybridihitsauksesta otettujen suurnopeuskuvasarjojen automaattisen analyysijärjestelmän kehittäminen.Järjestelmän tarkoitus oli tuottaa tietoa, joka avustaisi analysoijaa arvioimaan kuvatun hitsausprosessin laatua. Tutkimus keskittyi valokaaren taajuuden säännöllisyyden ja lisäainepisaroiden lentosuuntien mittaamiseen. Valokaaria havaittiin kuvasarjoista sumean c-means-klusterointimenetelmän avullaja perättäisten valokaarien välistä aikaväliä käytettiin valokaaren taajuuden säännöllisyyden mittarina. Pisaroita paikannettiin menetelmällä, jossa yhdistyi pääkomponenttianalyysi ja tukivektoriluokitin. Kalman-suodinta käytettiin tuottamaan arvioita pisaroiden lentosuunnista ja nopeuksista. Lentosuunnanmääritysmenetelmä luokitteli pisarat niiden arvioitujen lentosuuntien perusteella. Järjestelmän kehittämiseen käytettävissä olleet kuvasarjat poikkesivat merkittävästi toisistaan kuvanlaadun ja pisaroiden ulkomuodon osalta, johtuen eroista kuvaus- ja hitsausprosesseissa. Analyysijärjestelmä kehitettiin toimimaan pienellä osajoukolla kuvasarjoja, joissa oli tietynlainen kuvaus- ja hitsausprosessi ja joiden kuvanlaatu ja pisaroiden ulkomuoto olivat samankaltaisia, mutta järjestelmää testattiin myös osajoukon ulkopuolisilla kuvasarjoilla. Testitulokset osoittivat, että lentosuunnanmääritystarkkuus oli kohtuullisen suuri osajoukonsisällä ja pieni muissa kuvasarjoissa. Valokaaren taajuuden säännöllisyyden määritys oli tarkka useammassa kuvasarjassa.

Local and Global Feature Extraction for Invariant Object Recognition

Perceiving the world visually is a basic act for humans, but for computers it is still an unsolved problem. The variability present innatural environments is an obstacle for effective computer vision. The goal of invariant object recognition is to recognise objects in a digital image despite variations in, for example, pose, lighting or occlusion. In this study, invariant object recognition is considered from the viewpoint of feature extraction. Thedifferences between local and global features are studied with emphasis on Hough transform and Gabor filtering based feature extraction. The methods are examined with respect to four capabilities: generality, invariance, stability, and efficiency. Invariant features are presented using both Hough transform and Gabor filtering. A modified Hough transform technique is also presented where the distortion tolerance is increased by incorporating local information. In addition, methods for decreasing the computational costs of the Hough transform employing parallel processing and local information are introduced.

Web-pohjaisen videoeditorin toteutus ja Object-Relational Mapping

Tässä insinöörityössä esitellään Stadian verkkoviestinnän VIDEOS-hankkeeseen liittyvän web-pohjaisen videoeditorin kehitys ja käytetyt teknologiat. Fooga-nimiseksi nimetty videoeditorin käyttämät tekniikat ovat Ruby, Ruby on Rails, FFmpeg, Mencoder, ImageMagick ja FLVTool2. Ruby on olio-pohjainen skriptikieli, Ruby on Rails on websovelluskehys ja muut tekniikat ovat komentorivipohjaisia työkaluja, jotka tarjoavat tärkeimmät toiminnallisuudet Foogalle. Tavoitteina oli tämän työn yhteydessä ohjelmoida Foogaan perustoiminnallisuudet, jotka mahdollistavat minimaaliset käyttömahdollisuudet kevääseen 2007 mennessä. Kehitystyö jatkuu vuoteen 2009 asti tarjoamalla samalla mahdollisuuden usealle insinöörityölle tekniikan ja liikenteen koulutusohjelmasta. Tämän lisäksi tässä insinöörityössä perehdytään Object-Relational Mapping-tekniikan perusteisiiin ja verrataan Ruby on Railsin ja Javan ORM-ominaisuuksia. Ruby on Railsin osalta esitellään ActiveRecord-luokka ja Javan osalta Hibernate, jonka johdantona on DAO/DTO-sunnittelumalli.

Messaging Application Engine for Symbian Platform

Tämä diplomityö kuvaa viestintä sovelluksen ytimen kehitystyön Symbian-alustalle. Koko sovelluksen vaatimuksena oli vastaamattomiin puheluihin vastaaminen ennalta määritellyillä tekstiviesteillä käyttäjän määrittelemien sääntöjen mukaisesti. Ei-toiminnallisia vaatimuksia olivat resurssien käytön vähentäminen ja uudelleenkäytön mahdollistaminen. Täten tämän työn tavoitteena oli kehittää ydin, joka kapseloi sovelluksen sellaisen toiminnallisuuden, joka on käyttöliittymästä riippumatonta ja uudelleenkäytettävää. Kehitystyössä ohjasi Unified Process, joka on iteroiva, käyttötapauksien ohjaama ja arkkitehtuurikeskeinen ohjelmistoprosessi. Se kannusti käyttämään myös muita teollisuudenalan vakiintuneita menetelmiä, kuten suunnittelumalleja ja visuaalista mallintamista käyttäen Unified Modelling Languagea. Suunnittelumalleja käytettiin kehitystyön aikana ja ohjelmisto mallinnettiin visuaalisesti suunnittelun edistämiseksi ja selkiyttämiseksi. Alustan palveluita käytettiin hyväksi kehitysajan ja resurssien käytön minimoimiseksi. Ytimen päätehtäviksi määrättiin viestien lähettäminen sekä sääntöjen talletus ja tarkistaminen. Sovelluksen eri alueet, eli sovelluspalvelin ja käyttöliittymää, pystyivät käyttämään ydintä ja sillä ei ollut riippuvuuksia käyttöliittymätasolle. Täten resurssien käyttö väheni ja uudelleenkäytettävyys lisääntyi. Viestien lähettäminen toteutettiin Symbian-alustan menetelmin. Sääntöjen tallettamiseen tehtiin tallennuskehys, joka eristää sääntöjen sisäisen ja ulkoisen muodon. Tässä tapauksessa ulkoiseksi tallennustavaksi valittiin relaatiotietokanta. Sääntöjen tarkastaminen toteutettiin tavanomaisella olioiden yhteistoiminnalla. Päätavoite saavutettiin. tämä ja muut hyviksi arvioidut lopputulokset, kuten uudelleenkäytettävyys ja vähentynyt resurssien käyttö, arveltiin juontuvan suunnittelumallien ja Unified Processin käytöstä. Kyseiset menetelmät osoittivat mukautuvansa pieniinkin projekteihin. Menetelmien todettiin myös tukevan ja kannustavan kehitystyön aikaista oppimista, mikä oli välttämätöntä tässä tapauksessa.

Object-oriented development of client / server application: case study of service control software

Tässä työssä on esitetty sen ohjelmiston kehittämisen prosessi, joka on tarkoitettu annettavien palveluiden valvottavaksi käyttäen prototyyppimallia. Raportti sisältää vaatimusten, kohteisiin suunnatun analyysin ja suunnittelun, realisointiprosessien kuvauksen ja prototyypin testauksen. Ohjelmiston käyttöala – antavien palveluiden valvonta. Vaatimukset sovellukselle analysoitiin ohjelmistomarkkinoiden perusteella sekä ohjelmiston engineeringin periaatteiden mukaisesti. Ohjelmiston prototyyppi on realisoitu käyttäen asiakas-/palvelinhybridimallia sekä ralaatiokantaa. Kehitetty ohjelmisto on tarkoitettu venäläisille tietokonekerhoille, jotka erikoistuvat pelipalvelinten antamiseen.

Object-Oriented Modelling of Multilayer Networks

Tämä diplomityökuuluu tietoliikenneverkkojen suunnittelun tutkimukseen ja pohjimmiltaan kohdistuu verkon mallintamiseen. Tietoliikenneverkkojen suunnittelu on monimutkainen ja vaativa ongelma, joka sisältää mutkikkaita ja aikaa vieviä tehtäviä. Tämä diplomityö esittelee ”monikerroksisen verkkomallin”, jonka tarkoitus on auttaa verkon suunnittelijoita selviytymään ongelmien monimutkaisuudesta ja vähentää verkkojen suunnitteluun kuluvaa aikaa. Monikerroksinen verkkomalli perustuu yleisille objekteille, jotka ovat yhteisiä kaikille tietoliikenneverkoille. Tämä tekee mallista soveltuvan mielivaltaisille verkoille, välittämättä verkkokohtaisista ominaisuuksista tai verkon toteutuksessa käytetyistä teknologioista. Malli määrittelee tarkan terminologian ja käyttää kolmea käsitettä: verkon jakaminen tasoihin (plane separation), kerrosten muodostaminen (layering) ja osittaminen (partitioning). Nämä käsitteet kuvataan yksityiskohtaisesti tässä työssä. Monikerroksisen verkkomallin sisäinen rakenne ja toiminnallisuus ovat määritelty käyttäen Unified Modelling Language (UML) -notaatiota. Tämä työ esittelee mallin use case- , paketti- ja luokkakaaviot. Diplomityö esittelee myös tulokset, jotka on saatu vertailemalla monikerroksista verkkomallia muihin verkkomalleihin. Tulokset osoittavat, että monikerroksisella verkkomallilla on etuja muihin malleihin verrattuna.

Visual Measurement and Modelling of Tool Wear in Rough Turning

Huolimatta korkeasta automaatioasteesta sorvausteollisuudessa, muutama keskeinen ongelma estää sorvauksen täydellisen automatisoinnin. Yksi näistä ongelmista on työkalun kuluminen. Tämä työ keskittyy toteuttamaan automaattisen järjestelmän kulumisen, erityisesti viistekulumisen, mittaukseen konenäön avulla. Kulumisen mittausjärjestelmä poistaa manuaalisen mittauksen tarpeen ja minimoi ajan, joka käytetään työkalun kulumisen mittaukseen. Mittauksen lisäksi tutkitaan kulumisen mallinnusta sekä ennustamista. Automaattinen mittausjärjestelmä sijoitettiin sorvin sisälle ja järjestelmä integroitiin onnistuneesti ulkopuolisten järjestelmien kanssa. Tehdyt kokeet osoittivat, että mittausjärjestelmä kykenee mittaamaan työkalun kulumisen järjestelmän oikeassa ympäristössä. Mittausjärjestelmä pystyy myös kestämään häiriöitä, jotka ovat konenäköjärjestelmille yleisiä. Työkalun kulumista mallinnusta tutkittiin useilla eri menetelmillä. Näihin kuuluivat muiden muassa neuroverkot ja tukivektoriregressio. Kokeet osoittivat, että tutkitut mallit pystyivät ennustamaan työkalun kulumisasteen käytetyn ajan perusteella. Parhaan tuloksen antoivat neuroverkot Bayesiläisellä regularisoinnilla.

Törmäysystävällisen valaisinpylvään tuotteistaminen

Euroopan unioni on tiukentanut teiden laitteiden ja tukirakenteiden törmäysturvallisuusvaatimuksia. Uuden standardoinnin tarkoituksena on lieventää ajoneuvon kuljettajan ja matkustajan vammojen vakavuutta ajoneuvon törmätessä tielaitteiden pysyviin rakenteisiin. Käytännössä rakenteiden tulee hidastaa ajoneuvon nopeutta hallitusti eri törmäysnopeuksilla, jolloin matkustajaan kohdistuvat kiihtyvyydet eivät aiheuta vakavaa loukkaantumisriskiä. Vuonna 2005 Mikkelin ammattikorkeakoulun YTI-tutkimuskeskus ja Tehomet Oy kehittivät ensimmäisen version törmäysystävällisestä valaisinpylväästä. Tässä diplomityössä tavoitteena oli kehittää aikaisemmin tehdystä versiosta helpommin valmistettava versio sekä parantaa pylvään törmäyskäyttäytymistä. Valmistusmenetelmistä valittiin pultruusio, kuitukelaus, alipaineinjektio ja RTM. Menetelmille suunniteltiin soveltuvat rakenteet ja laskettiin rakenteiden valmistuskustannukset. Pultruusiolla, alipaineinjektiolla ja RTM:11ä valmistettiin koe-erä esitörmäyskokeita varten. Esitörmäyskokeiden jälkeen valittiin valmistusmenetelmäksi RTM. TKK/Tielaboratorion virallisissa testeissä kehitetylle pylväälle myönnettiin HE2-turvaluokitus. Hanketta jatketaan kehittämällä valmistusprosessia tehokkaammaksi uudistamalla muottitekniikkaa sekä ottamalla käyttöön lujiteaihiot. Tavoitteena on käynnistää tuotanto keväällä 2008. Kehitetty pylväs esitellään kansainvälisillä "Sähkö, Tele, Valo- ja AV 2008"-messuilla Jyväskylän Paviljongissa 6.-8.2.2008.

Sensor Fusion of Proprioception, Force and Vision in Estimation and Robot

Sensor-based robot control allows manipulation in dynamic environments with uncertainties. Vision is a versatile low-cost sensory modality, but low sample rate, high sensor delay and uncertain measurements limit its usability, especially in strongly dynamic environments. Force is a complementary sensory modality allowing accurate measurements of local object shape when a tooltip is in contact with the object. In multimodal sensor fusion, several sensors measuring different modalities are combined to give a more accurate estimate of the environment. As force and vision are fundamentally different sensory modalities not sharing a common representation, combining the information from these sensors is not straightforward. In this thesis, methods for fusing proprioception, force and vision together are proposed. Making assumptions of object shape and modeling the uncertainties of the sensors, the measurements can be fused together in an extended Kalman filter. The fusion of force and visual measurements makes it possible to estimate the pose of a moving target with an end-effector mounted moving camera at high rate and accuracy. The proposed approach takes the latency of the vision system into account explicitly, to provide high sample rate estimates. The estimates also allow a smooth transition from vision-based motion control to force control. The velocity of the end-effector can be controlled by estimating the distance to the target by vision and determining the velocity profile giving rapid approach and minimal force overshoot. Experiments with a 5-degree-of-freedom parallel hydraulic manipulator and a 6-degree-of-freedom serial manipulator show that integration of several sensor modalities can increase the accuracy of the measurements significantly.

The Importance of Semantics: Visual World Studies on Drawing Inferences and Resolving Anaphors

The present thesis investigated the importance of semantics in generating inferences during discourse processing. Three aspects of semantics, gender stereotypes, implicit causality information and proto-role properties, were used to investigate whether semantics is activated elaboratively during discourse comprehension and what its relative importance is in backward inferencing compared to discourse/structural cues. Visual world eye-tracking studies revealed that semantics plays an important role in both backward and forward inferencing: Gender stereotypes and implicit causality information is activated elaboratively during online discourse comprehension. Moreover, gender stereotypes, implicit causality and proto-role properties of verbs are all used in backward inferencing. Importantly, the studies demonstrated that semantic cues are weighed against discourse/structural cues. When the structural cues consist of a combination of cues that have been independently shown to be important in backward inferencing, semantic effects may be masked, whereas when the structural cues consist of a combination of fewer prominent cues, semantics can have an earlier effect than structural factors in pronoun resolution. In addition, the type of inference matters, too: During anaphoric inferencing semantics has a prominent role, while discourse/structural salience attains more prominence during non-anaphoric inferencing. Finally, semantics exhibits a strong role in inviting new inferences to revise earlier made inferences even in the case the additional inference is not needed to establish coherence in discourse. The findings are generally in line with the Mental Model approaches. Two extended model versions are presented that incorporate the current findings into the earlier literature. These models allow both forward and backward inferencing to occur at any given moment during the course of processing; they also allow semantic and discourse/structural cues to contribute to both of these processes. However, while the Mental Model 1 does not assume interactions between semantic and discourse/structural factors in forward inferencing, the Mental Model 2 does assume such a link.

Demonstration Platform for Visual Quality Metrics

This thesis presents two graphical user interfaces for the project DigiQ - Fusion of Digital and Visual Print Quality, a project for computationally modeling the subjective human experience of print quality by measuring the image with certain metrics. After presenting the user interfaces, methods for reducing the computation time of several of the metrics and the image registration process required to compute the metrics, and details of their performance are given. The weighted sample method for the image registration process was able to signifigantly decrease the calculation times while resulting in some error. The random sampling method for the metrics greatly reduced calculation time while maintaining excellent accuracy, but worked with only two of the metrics.

Learning Robot Motions from Visual Sensing

Learning from demonstration becomes increasingly popular as an efficient way of robot programming. Not only a scientific interest acts as an inspiration in this case but also the possibility of producing the machines that would find application in different areas of life: robots helping with daily routine at home, high performance automata in industries or friendly toys for children. One way to teach a robot to fulfill complex tasks is to start with simple training exercises, combining them to form more difficult behavior. The objective of the Master’s thesis work was to study robot programming with visual input. Dynamic movement primitives (DMPs) were chosen as a tool for motion learning and generation. Assuming a movement to be a spring system influenced by an external force, making this system move, DMPs represent the motion as a set of non-linear differential equations. During the experiments the properties of DMP, such as temporal and spacial invariance, were examined. The effect of the DMP parameters, including spring coefficient, damping factor, temporal scaling, on the trajectory generated were studied.

Computational visual quality of digitally printed images

The problem of understanding how humans perceive the quality of a reproduced image is of interest to researchers of many fields related to vision science and engineering: optics and material physics, image processing (compression and transfer), printing and media technology, and psychology. A measure for visual quality cannot be defined without ambiguity because it is ultimately the subjective opinion of an “end-user” observing the product. The purpose of this thesis is to devise computational methods to estimate the overall visual quality of prints, i.e. a numerical value that combines all the relevant attributes of the perceived image quality. The problem is limited to consider the perceived quality of printed photographs from the viewpoint of a consumer, and moreover, the study focuses only on digital printing methods, such as inkjet and electrophotography. The main contributions of this thesis are two novel methods to estimate the overall visual quality of prints. In the first method, the quality is computed as a visible difference between the reproduced image and the original digital (reference) image, which is assumed to have an ideal quality. The second method utilises instrumental print quality measures, such as colour densities, measured from printed technical test fields, and connects the instrumental measures to the overall quality via subjective attributes, i.e. attributes that directly contribute to the perceived quality, using a Bayesian network. Both approaches were evaluated and verified with real data, and shown to predict well the subjective evaluation results.

On the development of object functions and restrictions for shapes made with a turret punch press

This study presents the information required to describe the machine and device resources in the turret punch press environment which are needed for the development of the analysing method for automated production. The description of product and device resources and their interconnectedness is the starting point for method comparison the development of expenses, production planning and the performance of optimisation. The manufacturing method cannot be optimized unless the variables and their interdependence are known. Sheet metal parts in particular may then become remarkably complex, and their automatic manufacture may be difficult or, with some automatic equipment, even impossible if not know manufacturing properties. This thesis consists of three main elements, which constitute the triangulation. In the first phase of triangulation, the manufacture occuring on a turret punch press is examined in order to find the factors that affect the efficiency of production. In the second phase of triangulation, the manufacturability of products on turret punch presses is examined through a set of laboratory tests. The third phase oftriangulation involves an examination of five industry parts. The main key findings of this study are: all possible efficiency in high automation level machining cannot be achieved unless the raw materials used in production and the dependencies of the machine and tools are well known. Machine-specific manufacturability factors for turret punch presses were not taken into account in the industrial case samples. On the grounds of the performed tests and industrial case samples, the designer of a sheet metal product can directly influence the machining time, material loss, energy consumption and the number of tools required on a turret punch press by making decisions in the way presented in the hypothesis of thisstudy. The sheet metal parts to be produced can be optimised to bemanufactured on a turret punch press when the material to be used and the kinds of machine and tool options available are known. This provides in-depth knowledge of the machine and tool properties machine and tool-specifically. None of the optimisation starting points described here is a separate entity; instead, they are all connected to each other.