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4-D Kalibriersystem

Ziel

Werden kinematisch optische Messsysteme zur raumzeitlichen Positionsbestimmung von sich bewegenden Objekten eingesetzt, müssen theoretisch alle an einer Messung beteiligten Sensoren synchronisiert sein. Es ist jedoch bekannt, dass vorhandene Tot- und Latenzzeiten in Messsystemen zu einer Abweichung in der raumzeitlichen Position führen. Zur Bestimmung einer 4-D Position bedarf es einer eindeutigen Referenz, nämlich des Zeitpunktes der Messungsauslösung und der auf diesen Zeitpunkt bezogenen Verzögerungszeiten der einzelnen Messgrößen.

Kinematische Messungen zeichnen sich durch die Eigenschaft aus, dass keine Wiederholungsmessungen entstehen. Wird eine bestimmte Trajektorie mehrmals durchlaufen und von einem Messsystem verfolgt, wird die raumzeitliche Position niemals mit der aus einem vorherigen Durchlauf identisch sein. Folglich muss jeder diskrete Messpunkt eines Messsystems hinsichtlich seiner entstandenen Verzögerungszeiten betrachtet werden.

Die grundlegenden Anforderungen an ein 4-D Kalibriersystem zur Bestimmung von Verzögerungszeiten der einzelnen Messgrößen eines Messsystems sind:

  • Diskretisierung der Soll-Trajektorie
  • zeitliche Referenzierung zwischen Kalibriersystem und Prüfling
  • einsetzbar für verschiedene kinematisch optische Messsysteme
  • kinematische Modellierung zur Bestimmung der Verzögerungzeiten

 

Stand der Arbeit

Die technische Realisierung des 4-D Kalibriersystems ist durch einen zeitreferenzierten Dreharm umgesetzt. Der Antrieb des Dreharms basiert auf einem rotativen Direktantrieb. Die Länge des Dreharms schränkt bei polaren Messsystemen den Winkelbereich ein. Um den Richtungswinkel zu vergrößern, wurde eine zusätzliche Drehung des Püflings durch einen zweiten Direktantrieb herbeigeführt. Für polare Messsysteme kann das Kalibriersystem auf der Basis einer zeitreferenzierten Doppelrotation verwendet werden.

Die kinematische Modellierung basiert auf der Grundlage der Quaternionen Algebra und ist für verschiedene Messsysteme bzw. Messmethoden entwickelt. Die Modelle beziehen sich auf polare Messverfahren, reine Winkelmessung, wie bei iGPS, und auf das Messverfahren der Trilateration. Die zu bestimmende Größe der Modellierung ist die Verzögerungszeit.

Erste erfolgreiche Messungen mit dem Kalibriersystem sind mit einem Leica Lasertracker und Robottachymeter durchgeführt worden. Simulationen für das 3-D Vorwärtsschnittmodell und den 3-D Bogenschlag weisen auf eine erfolgreiche Umsetzung zur Verzögerungszeitbestimmung.

 

Zukünftige Arbeiten

Das 4-D Kalibriersystem soll mit weiteren Prüflingen getestet werden. Dazu muss die Kommunikation zwischen Kalibriersystem und Prüfling hergstellt werden, d. h. der Prüfling muss über einen externen Triggereingang verfügen oder über eine serielle Schnittstelle ansprechbar sein. Der nächste Schritt beinhaltet die Analyse der erzielten Ergebnisse und darauf aufbauend die Entwicklung geeigneter Kalibrierfunktionen.

 

Literatur

Depenthal C. (2009)
Entwicklung eines zeitreferenzierten 4-D-Kalibrier- und Prüfsystems für kinematische optische Messsysteme.
München, Bayer. Akademie d. Wissenschaften, Deutsche Geodätische Kommission (DGK), Reihe C, Heft-Nr. 627. 2009.

Depenthal C. (2008)
A Time-referenced 4D Calibration System for Kinematic Optical Measuring Systems.
Ingensand, H., Stempfhuber, W. (Hrsg.): Proceedings 1st International Conference on Machine Control & Guidance, June 24-26, 2008, ETH Zurich, Switzerland, S. 41-49.
(Artikel als PDF)

Depenthal, C.; Barth, M. (2007)
Zur Leistungsfähigkeit eines zeitreferenzierten Dreharms als Prüfmittel für 4D-Messsysteme in Hochgeschwindigkeitsanwendungen.
Allgemeine Vermessungsnachrichten (AVN), Heft 7/2007, S. 244-249.
(Artikel als PDF)

 

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Christoph Herrmann 

 

Arbeitsgruppe

Dipl.-Ing. Christoph Herrmann

Dipl.-Ing. Thomas Ulrich

Michael Barth