Home | english  | Impressum | Sitemap | KIT

Abstracts des Fortbildungsseminars Messtechnik 2010

Hybride 3D-Messtechnik: Kombination von Laser-Tracker und videometrischen Messsystemen

Autoren: Dipl.-Ing. oec. Natalie Meißner, Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Vortragende : Dipl.-Ing. oec. Natalie Meißner

Hybride Messverfahren ermöglichen eine automatisierte hochauflösende Geometrievermessung großvolumiger Bauteile. Videometrische Messsysteme, wie Weißlicht- oder Laser-Scanner-Messsysteme, sind eher dazu geeignet, Nahbereichsvermessungen zu vollziehen. Laser-Tracker-Messverfahren bringen ihre spezifischen Vorteile oberhalb des Messbereiches videometrischer Messsysteme zur Geltung. Aus diesem Grunde vereinen hybride Messsysteme die Vorteile beider Anätze. Neben der mathematischen und technischen Umsetzung wird der Vortrag die Anwendungen und Zukunftspotentiale dieser Messverfahren eingehender erörtern.

 

VDI Richtlinie 2617 – erste Erfahrungen in der praktischen Umsetzung

Autoren: Dipl.-Ing. J. Herrmann, Dipl.-Ing. M. Riese, Prof. Dr.-Ing. habil. M. Möser

Da Lasertracker vorwiegend im Bereich der Industrievermessung eingesetzt werden und hohe Ansprüche an die zu erreichenden Genauigkeiten existieren, bedurfte es einer einfachen Methode, diese Instrumente auf ihre messtechnische Leistungsfähigkeit zu überprüfen. Die Annahme- und Bestätigungsprüfung von Lasertrackern nach VDI/VDE 2617 Blatt 10 bietet eine schnelle und aussagekräftige Möglichkeit, das Messverhalten eines Lasertrackers in einem vorgegebenen Messvolumen zu ermitteln. Die Richtlinie stellt ein standardisiertes Prüfverfahren vor und gewährleistet somit die Vergleichbarkeit der Ergebnisse und der verschiedenen Instrumente. Einheitliche und einfach zu interpretierende Kenngrößen erlauben als Qualitätsmerkmal eine Bewertung der Resultate. Anwender und Dienstleister besitzen durch die neue Vorschrift die Fähigkeit, ihre Lasertracker unabhängig vom Hersteller regelmäßig zu kontrollieren. Der Vortrag schildert die ersten Erfahrungen in der praktischen Umsetzung, vom Aufbau einer Referenzwand am Geodätischen Institut der Technischen Universität Dresden, über die Messungsdurchführung, bis hin zur Interpretation der Messergebnisse.

 

A-TOM: 6DOF-Bestimmung mittels trackingfähiger optischer Messsysteme

Autoren : Prof. Dr.-Ing. Maria Hennes, Dipl.-Ing. (FH) Christoph Herrmann
Vortragender : Dipl.-Ing. (FH) Christoph Herrmann

 

Der Arbeitsbereich von Nahbereich-Scannern, photogrammetrischen Systemen und Messarmen ist naturgemäß bei hohen Genauigkeitsforderungen beschränkt. Da das zu erfassende Objektvolumen diesen oft deutlich übersteigt, müssen die Systeme repositio-niert werden. Hierfür wird ein Messsystem als Hilfsmittel benötigt, das sowohl die Positio-nierung als auch Orientierung des Nahbereichsmessmittels ermöglicht. Ein solches Mess-system wurde mit A-TOM (Adapter für Trackingfähiges Optisches Messsystem) am Geo-dätischen Institut des KIT entwickelt.

A-TOM besteht aus einem rotierenden Arm, der ein CCR trägt. Dieser beschreibt einen Kreis, dessen räumliche Lage fünf Freiheitsgrade liefert und mittels Lasertracker erfasst wird. Durch die Synchronisation des Lasertrackers mit dem Winkelencoder des Dreharms wird der sechste Freiheitsgrad (Rollwinkel) erhalten. A-TOM liefert somit alle sechs Frei-heitsgrade aus Lasertrackerdaten. Als Wiederholgenauigkeit wird 80 µm für die Position und 500 µrad für den Rollwinkel erreicht, wobei Nick- und Gierwinkel erheblich besser ab-schneiden. Dies wurde für einen Arbeitsbereich bis maximal 24 m und ±20° Einfallswinkel getestet. A-TOM erreicht damit abgesehen von der Datenrate in etwa die Spezifikation von kommerziellen Systemen.

 

3D-Erfassung mit aktiver Kamera

Autor: Dr.-Ing. Boris JUTZI

Für die dreidimensionale Beobachtung von hochgradig dynamischen Vorgängen, insbesondere durch einen bewegten Beobachter, ist eine simultane Erfassung der Umgebung essentiell. Mit der Verfügbarkeit von neuen monokular abbildenden aktiven Kameras (z.B. Swiss Ranger SR-4000, PMD Vision CamCube 3.0) ist es derzeit möglich im Nahbereich mit hoher Bildwiederholrate ein Entfernungsbild mit ko-registriertem wellenlängenspezifischem Intensitätsbild simultan zu erfassen.

Dadurch ist erstmalig die Grundlage zur Kombination der Vorteile von aktiver Sensorik und simultaner, flächen- bzw. bildhafter Aufnahme für den breiten Einsatzbereich von dynamischen 3D-Anwendungen gelegt. Ein weiterer technologischer Vorteil ist mit der bildhaften, simultanen Erfassung der Entfernungsinformation (Range Imaging) mit monokularer Sensorik verbunden. Dadurch muss der zu beobachtende Bereich nur von einem Ort einsehbar sein und nicht von mehreren wie bei bi-statischen Sensorsystemen.

Die Entwicklungsperspektiven durch die Verfügbarkeit der neuen monokular abbildenden aktiven Kameras sind interdisziplinär ausgerichtet und deswegen für verschiedene Anwendungsfelder relevant. Beispiele hierfür sind: 3D-Monitoring-Aufgaben mittels luftgestützter oder stationärer Plattformen bei ungünstigen Wetter- und Beleuchtungsverhältnissen oder bei Nacht (Bauwerksdeformationen, topographische Objekte, Verkehrsmonitoring, Fahrerassistenzsystemen, etc.), 3D-Bewegungsanalysen (z.B. Bewegungsprofile von Besucherströmen bei Großereignissen, markerlose 3D-Analyse bei Crashtests, sowie die Assistenz zur Fluchthilfe bei Gebäudebränden oder anderen Katastrophenfällen.

 

Vermessung von CFK-Oberflächen mit einem Laser Radar

Autoren: Dipl.-Ing. Tim Brencher, Dipl.-Ing. Christoph Naab

Für die weitere Verbreitung von CFK- Großbauteilen müssen die Produktionskosten zukünftig reduziert werden. Ein großes Potential liegt in der Automatisierung der Bauteilvermessung, die aufgrund des Unikat-Charakters der Bauteile eine zentrale Bedeutung hat und zurzeit noch weitestgehend von Hand ausgeführt wird. Das Laser Radar erfüllt die Anforderungen bezüglich automatisierbarkeit und Messvolumen. Funktionsprinzip und spezifische Eigenschaften der berührungslosen optischen Messungen auf CFK gilt es dabei zu berücksichtigen.

 

Leistungsfähigkeit von Reflektorsystemen mit großem Arbeitsbereich

Autoren : Prof. Dr.-Ing. Maria Hennes, cand. geod. Franziska Bernhart
Vortragender : cand. geod. Franziska Bernhart

Typische Reflektoren für Lasertracker (CCR, TBR) haben einen Arbeitsbereich zwischen etwa ± 20° und ± 30°. CatEye-Reflektoren erweitern ihn auf ± 60°, der neu entwickelte so genannte n2-Reflektor ist handlicher und mit ± 80° allerdings erheblich kürzerer Reichweite spezifiziert. Die Eigenschaften dieser Reflektoren für die Verwendung mit Lasertrackern werden vorgestellt

Darüber hinaus lässt sich der Arbeitsbereich eines CCRs durch einen drehbaren Adapter auf beliebige Ausrichtungen erweitern (360°). Ein solcher Adapter (active hub) wurde am Geodätischen Institut entwickelt. Seine Leistungsfähigkeit schränkt die hohe Fertigungstoleranz eines CCRs nicht ein. Dies wird anhand diverser Untersuchungen nachgewiesen.

 

Die kinematische Leistungsfähigkeit des iGPS

Autor: Dr.-Ing. Claudia Depenthal

iGPS ist ein modulares laserbasiertes Messsystem zur 3D Positionsbestimmung von statischen oder bewegten Objekten und wird bevorzugt im Industriebereich eingesetzt. Die neusten Entwicklungen der Hard- und Software zeigen, dass die Genauigkeit und Verfolgungsgeschwindigkeit signifikant gesteigert werden konnte. Der Fokus dieses Beitrags liegt in der Untersuchung der kinematischen Leistungsfähigkeit des iGPS. Aufgrund des Messprinzips, das auf einer Zeitmessung basiert, können theoretisch Verzögerungszeiten entstehen, die einen Einfluss auf die raumzeitliche Positionsbestimmung haben. Hierbei muss zwischen einer 3D und einer 4D Positionsbestimmung unterschieden werden.

Das am GIK entwickelte zeitreferenzierte Ti4Calibs (Time-referenced 4D test and Calibration System) ermöglicht u.a. die Bestimmung von Verzögerungszeiten. Mit der Entwicklung des DIM (Digitial Input Modul) hat Nikon inzwischen ein Modul geliefert das für eine Kommunikation mit dem Ti4Calibs geeignet ist und somit zeitreferenzierte Messungen erfolgen können.

Die im Sommer 2009 durchgeführten Messungen zeigen, dass iGPS bei einer Objektgeschwindigkeit bis zu 3 m/s problemlos Daten sammeln und verarbeiten kann. Bei diesen hohen Geschwindigkeiten wurden in der 3D Position Abweichungen kleiner als 0.3 mm erzielt und bei einer raumzeitlichen 4D Position 1.5 mm. Die Ergebnisse weisen auf einen konstanten Zeitversatz von ca. 0.3 ms hin. Da iGPS permanent weiterentwickelt wird, sind sicherlich Verbesserungen bezüglich der 4D Position zu erwarten.

 

Roboterpositionierung und Synchronitätsprüfung mit Lasertrackern

Autoren : Prof. Dr.-Ing. Maria Hennes, Dipl.-Ing. (FH) Christoph Herrmann
Vortragender : Dipl.-Ing. (FH) Christoph Herrmann

Die Industrie strebt nach einem möglichst großen Automatisierungsgrad in Produktions- und Montagelinien. Verschiedene Industrieroboter helfen dabei, dieses Ziel zu erreichen. Jedoch fordert der Einrichtungsprozess der Roboter einen großen zeitlichen Aufwand. Dies gilt insbesondere für hohe Genauigkeitsanforderungen. Es besteht daher der Wunsch den Einrichtungsprozess schneller zu gestalten. Es wird eine Methode vorgestellt, wie mit einem Lasertracker und 6DOF Equipment Roboter bzw. deren Werkzeuge absolut positioniert werden können.

Arbeiten in einer Produktions- oder Montagelinie mehrere Roboter, ist die zeitliche Organisation der einzelnen Einheiten zueinander von größter Wichtigkeit. Im Rahmen des „Sonderforschungsbereichs Transregio 10“ hat das Geodätische Institut des Karlsruher Instituts für Technologie in Zusammenarbeit mit dem wbk – Institut für Produktionstechnik Karlsruhe und der Universität Dortmund die Synchronizität zweier Robotet untersucht. Zum Einsatz kamen die Lasertracker LTD 500 und AT901 von Leica, die über einen externen Trigger gesteuert die beiden Roboter beobachteten. Die Ergebnisse der Untersuchung werden vorgestellt.

 

Kinematische Bestimmung ringförmiger Schienen mit Sub-Millimetergenauigkeit

Autor : Dr.-Ing. Manfred Juretzko

Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wird das Experiment KATRIN zum Nachweis der Masse des Neutrinos vorbereitet. Die zentrale Apparatur dieses Experiments - der weltgrößte Ultrahochvakuumtank - wurde dabei mit einer Schienenkonstruktion zur Aufnahme 240 vorgefertigter großflächiger Elektrodenmodule ausgestattet, die nur sehr geringe Montagetoleranzen erlauben.

Es wurde ein Konzept zur geometrischen Kontrolle der Schienen mittels eines Lasertrackers entwickelt und umgesetzt, das Formabweichungen im Submillimeterbereich aufdeckt. Besondere Schwerpunkte waren dabei die Entwicklung und Prüfung eines Messschlittens sowie eines Mess- und Auswerteverfahrens zur indirekten kinematischen Bestimmung der Schienenachse.