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4-D Kalibriersystem STEVE

Ziel

Messsysteme zur raumzeitlichen Positionsbestimmung von sich bewegenden Objekten müssen alle Positionsinformationen mit einer zeitlicher Referenzierung zur Verfügung stellen, die der gewünschten Positionsgenauigkeit für die jeweilige Objektgeschwindigkeit entspricht. Heutige Messmittel kommen dieser Forderung nicht oder nur notdürftig nach. Daher ist die Bestimmung des Latenzzeitverhaltens bzw. der einhergehenden Messunsicherheit eine zentrale Aufgabe.

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

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

 

Stand der Arbeit

Erste Versuche wurden mit einem zeitreferenzierten Dreharm (Ti4CalibS) durchgeführt, vgl. [Depenthal 2007, 2008, 2009], mit dem Untersuchungen an Tachymetern, iGPS und Lasertrackern durchgeführt wurden. Bei Letzteren kam Ti4CalibS an seine Leistungsgrenze.

Im Rahmen seiner Dissertation [Ulrich, 2016], die sich mit der Ermittlung von Messunsicherheiten von Trajektorien für schnell bewegte Objekte im industriellen Kontext beschäftigt, konzipierte und realisierte Thomas Ulrich die hochpräzise Linearbahn STEVE (Spatio Temporal EValution Equipment), um seinen Bayes-basierten Ansatz [vgl. Ulrich 2016a, 2016b, 2015, 2014a, 2014b, 2013, 2012] zu validieren. Hierbei stellte er sich erfolgreich der Herausforderung, ein Prüfmittel zu bauen, dass auch den hochpräzisen Eigenschaften von interferometriebasierten Instrumenten wie Lasertrackern genügt. Für seine Arbeiten erhielt er den GKGM-Preis 2017.

 

Spezifikationen

STEVE besitzt eine nutzbare Länge von 2,5 m, kann Trajektorien bis 9 m/s realisieren und bis 8 m/s messtechnisch erfassen. Basis der Anlage ist ein hochpräziser Glasmaßstab der Firma Heidenhain (Dauerleihgabe), der auf einem 1.5 t schweren Granitblock montiert ist. Die raumzeitlichen Positionen des bewegten Reflektors lassen sich im unteren µm-Bereich mit µs-Auflösung (k=2) erfassen. Das System gehört zu den weltbesten Prüfeinrichtungen für hochpräzise Tajektorienbestimmung. Nähere Angaben finden sich hier.

 

Zukünftige Arbeiten

STEVE steht für Untersuchungen zur Verfügung. Neben den bereits implementierten Bewegungsrampen sollen weitere implementiert werden. Aktuell werden die Eigenschaften der Totalstation Trimble S9 untersucht.

 

Publikationen

zu STEVE und Modellierung

  • Ulrich, T. (2016a):
    Uncertainty Modelling of High-precision Trajectories for Industrial Real-time Measurement Applications
    In: KITopen. Dissertation
  • Lösler, M.; Bähr, H.; Ulrich, T. (2016b):
    Verfahren zur Transformation von Parametern und Unsicherheiten bei nicht-linearen Zusammenhängen
    In: Luhmann, T., Schumacher, C. (Hrsg.): Photogrammetrie - Laserscanning - Optische 3D-Messtechnik: Beiträge der Oldenburger 3D-Tage 2016. S.274-285
  • Ulrich, T. (2015):
    Uncertainty modelling of real-time observation of a moving object: photogrammetric measurements
    In: Metrologia 52. S.201–213 (reviewed)
  • Ulrich, T.; Irgenfried, S. (2014a):
    Uncertainty Estimation for Kinematic Laser Tracker Measurements Incorporating the Control Information of an Industrial Robot
    In: Proceedings of International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation, Busan/Korea, 27.-30.10.14 (reviewed IEEE Xplore)
  • Ulrich, T. (2014b):
    Bestimmung und Optimierung kinematischer Messunsicherheiten von Trajektorien am Beispiel des Lasertrackers
    Proc. Kurs f. Ing. Verm. 2014 (reviewed)
  • Ulrich, T. (2013):
    Uncertainty estimation and multi sensor fusion for kinematic laser tracker measurements
    Metrologia 50. S.307–317 (reviewed)
  • Ulrich, T. (2012):
    Uncertainty Estimation for Kinematic Laser Tracker Measurements
    Proceedings of International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation, Sydney/Australien, 13.-15.11.12 (reviewed IEEE Xplore)

 

Ergebnisse

  • Bertels, M. [2018]:
    Evaluierung der Leistungsfähigkeit einer Roboter-Totalstation zur Objektverfolgung in Echtzeit.
    Bachelorarbeit, GIK, unveröffentlicht.

 

Vorarbeiten

 

Ansprechpartner

 

Arbeitsgruppe