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Hardwareentwicklungen

Weiterentwicklung eines Adapters für trackingfähige optische Messsysteme (A-TOM) zur 6DOF Posenbestimmung

A-TOM ist der wesentliche Bestandteil einer neuartigen instrumentellen Lösung (TOM, Trackingfähiges Optisches Messsystem), die in Kombination mit einem Lasertracker echtzeitnah neben der Position auch die drei Orientierungsparameter eines Objektes liefert. In der ersten Entwicklungsphase ist das System als Adapter zu einem Präzisionsnahbereichsscanner konzipiert. Auf diese Weise kann der (sehr kleine) Arbeitsbereich (< 1 m³) eines solches Scanners durch Neupositionieren entlang des zu vermessenden Objekts erheblich erweitert werden.

Die Leistungsfähigkeit von A-TOM ist auf die Genauigkeit handelsüblicher Präzisionsscanner abgestimmt: Der Gier- und der Nickwinkel kann mit einer Wiederholgenauigkeit besser als 7 μm/m (7 μrad) am besten bestimmt werden. Die erreichbare Reproduzierbarkeit des Rollwinkels schneidet mit weniger als 30 μm/m (30 μrad/m) etwas schlechter ab. Die mit A-TOM erreichbare Posenunsicherheit erlaubt in einem Arbeitsbereich von 10 m die äußerst präzise Bestimmung eines gescannten Oberflächenpunktes: Der Posenunsicherheitsbeitrag an die Messunsicherheit der Tiefenkomponente beträgt etwa 50 μm und die der Querkomponente etwa 70 μm und kommt damit in die Größenordnung der Messunsicherheit eines Präzisionsnahbereichscanners.

Zukünftige Arbeiten sollen zum Verringern der Messunsicherheit führen. Mit der Erweiterung der Auswertealgorithmen durch Bayes-Filter und Sensorfusion ist das Verwenden von A-TOM bei kinematischen Vermessungen denkbar und angestrebt.

 

Scheibenkoordinatensystem mit Position (X, Y, Z) und den drei Raumwinkeln (χ, ψ, ω)
Scheibenkoordinatensystem mit Position (X, Y, Z) und den drei Raumwinkeln (χ, ψ, ω)

 

Funktionsmuster A-TOM
Funktionsmuster A-TOM

 

 

Literatur zu A-TOM

Hennes, M.; Richter, E. (2009)
Ein neuartiges Verfahren zur 6DOF-Bestimmung.
Luhmann, T.; Müller, C. (Hrsg.): Photogrammetrie - Laserscanning - Optische 3D-Messtechnik: Beiträge der Oldenburger 3D-Tage 2009, Oldenburg, 28.-29.01.2009, Wichmann Verlag Heidelberg, S. 254-261.

Hennes, M.; Richter, E. (2008)
A-TOM - eine neuartige instrumentelle Lösung für die hochpräzise und echtzeitnahe 6DOF-Bestimmung.
In: Allgemeine Vermessungsnachrichten (AVN), Heft 08-09/2008, S.301-310. (peer reviewed paper)

 

Active hub

Das Active hub ist ein Reflektorträger, der den Arbeitsbereich eines CCRs erweitert, idem er um eine mit dem Reflektorzentrum koinzidierende Achse gedreht wird. Der Arbeitsbereich ist nun lediglich durch die Verkabelung auf etwa 270° begrenzt. Die Schrittweite ist mit 0.2° weitaus kleiner als im praktischen Gebrauch erforderlich. Die Rotationsachse bleibt innerhalb von 5 °m stabil, so dass sich lediglich die ebenfalls geringen Zentrierabweichungen des Glaskörpers in seinem Stahlkugelgehäuse auf die Stabilität des Mittelpunktes auswirken. Für weniger herausfordernde Genauigkeitsansprüche wurde eine Zweiachsausführung entwickelt, bei der durch entsprechende Justierung eine Zentrumsstabilität von 0.1 mm erreicht werden kann. Alle Varianten erreichen eine Winkelgeschwindigkeit bis zu 20°/s. Die Drehung erfolgt entweder durch manuelle Steuerung mittels eines PCs oder anhand eines vorgegebenen zeitlichen Ablaufs in Echtzeit, wobei die durch WINDOWS bedingten Verzögerungen den Flaschenhals darstellen. Die Systeme können in allen räumlichen Orientierungen betrieben werden.

 

BILD   BILD

Funktionsmuster der präzisen Einachsversion

  Zweiachsversion

 

Active Hub - Clip

 

   Kurzfilm über die nachführende Reflektorhalterung Active Hub.

 

 

PMM

Das PMM (Pose-and-Mark-Module) ist ein Reflektoradapter, der die Markierung eines abzusteckenden Punktes mit einem elektronischen Gravierschreiber erlaubt. Da die Aufsatzfläche des Moduls in der Regel nicht horizontal ausgerichtet ist, reicht die Absteckung allein nach Lagekoordinaten nicht aus. Die Absteckung ist räumlich entlang der Markierungsrichtung (blau) vorzunehmen, die vorgängig aus mehreren (verschiedenen) Positionen des PMM bestimmt wird. Danach werden die Koordinaten des abzusteckenden Punktes entsprechend dem Reflektoroffset entlang der Markierungsrichtung korrigiert.

 

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Reflektor mit PMM (Pose-and-Mark-Module)

 

 

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. (FH) Christoph Herrmann

Dipl.-Ing. Peter Runge

Prof. Dr.-Ing. Maria Hennes