Auf spektral zerlegtem Licht und fotogrammetrischen Verfahren basiertes Messverfahren zur dynamischen 6D-Koordinatenmessung in großen Volumina (Lambda-GPS)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Aufgrund fehlender geeigneter Messtechnik für das Anwendungsszenario der messtechnisch-gestützten Montage großvolumiger Bauteile wurde durch dieses Forschungsvorhaben ein auf spektraler Kodierung des Messvolumens basierendes, ortsauflösendes Messverfahren zur automatisierten Pose-Bestimmung entwickelt. Neben der Bewertung der prinzipiellen Machbarkeit wurde das Messverfahren grundlegend mathematisch modelliert und simulativ nachgebildet. Der erste Schritt bestand in einer grundlegenden mathematischen Modellierung und Simulation der Sender und Empfänger des Messsystems. Die Sender erzeugen mittels Weißlichtquellen und optischen Gittern die spektrale Codierung des Messvolumens. Als Empfänger fungiert eine RGB-Kamera, welche die Wellenlängen der Sender auswertet. Basierend auf den wellenlängenabhängigen Beugungswinkeln lässt sich so die Position des Empfängers im Messvolumen berechnen. Die entwickelte Forward Raytracing-Simulation zeigte eine mittlere Streuung der Wellenlängen im Bereich von 0,5 und 1 nm. Bei einem Messbereich von +/- 20 mm in xund y-Richtung (Bildebene der Kamera) ergab sich eine absolute Positionsabweichung zwischen Realität und Simulation von ca. 1 mm. Der absolute Fehler bei zusätzlicher Betrachtung der z-Richtung betrug bis zu 8 mm. Zur automatisierten Positionsauswertung wurde eine Software entwickelt, welche die Spektren im Bild detektiert, vom Hintergrund separiert und die RGB-Werte in Wellenlängen und schließlich in Positionen umrechnet. Zur Überprüfung der Modellierung und des hardwaretechnischen Aufbaus wurden Versuche durchgeführt, bei denen der Empfänger mittels zweier Linearachsen in z- und x-Richtung verschoben wurde. Basierend auf Wiederholungsmessungen wurde eine Streuung der Wellenlänge zwischen 0,2 und 6,2 nm (im Mittel zwischen 0,5 nm und 1,5 nm) festgestellt. Hierdurch resultierte aus einer Verschiebung um nominal 100 mm eine gemessene Verschiebung von 60 mm +/- 20 mm. Die Ursachen der großen Abweichungen werden in der Unsicherheit der Bestimmung der Wellenlänge aus den RGB-Werten, der strahlenoptischen Modellierung sowie der initialen Kalibrierung der Senderkonfiguration vermutet. Das Konzept ist daher an einigen Stellen noch einmal zu hinterfragen und Alternativen zu prüfen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Auf spektraler Kodierung basierendes, ortsauflösendes Messverfahren - ʎ-GPS, Apprimus-Verlag, Aachen, 2019
C. Isenberg
