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Mobile Lasertracker in der industriellen Messtechnik Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach Labor für Industrielle Messtechnik Seite 1 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Gliederung Vorstellung des Labors für Industrielle Messtechnik 1. Justierung von Fächerlotsystemen bei Hochseevermessungsschiffen • Justierung der Fächerecholotmodule • Erfassung aller Sensorkomponenten im Schiffskoordinatensystem 2. Vermessungsarbeiten am Teilchenbeschleuniger S-DALINAC • Objektbezogener Bezugsrahmen • Aufnahme der Dipol- und Quadrupolmagneten • Strahlführung zwischen Kyrostatmodulen 3. Streckenrückführung in Vergleichspunktfeldern Zusammenfassung Seite 2 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Labor für Industrielle Messtechnik der FRA-UAS Meteorologie Standsicherheit Staub/Sonne Platzangebot Verfügbarkeit Erfahrung Motivation Seite 3 Referenzpunkte Oberfläche Kalibrierzustand Auflösungsvermögen Dimensionen Koordinatensystem Schwerebezug Systemwechsel Zwangszentrierung Redundanz Geometrie Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Messwert mit Unsicherheit Messtechnischer Schwerpunkt Large Volume Metrology Labor für Industrielle Messtechnik der FRA-UAS Kommerzielle Steuerungs- und Messsoftware Polyworks Java-Programmentwicklung zur Kombination von polaren Beobachtungen auf Koordinatenbasis UN1TƐD • Sensoransteuerung • Bestimmung von Messunsicherheiten (GUM) • Verkettete Quaternionentransformationen • Bestimmung von Regelgeometrien Leica AT401 15 µm + 6 µm/m (MPE) 160 m Schutzart IP54 API Omnitrac 2 25 µm oder 1,5 µm/m (2σ) 100m Dynamischer Messmodus Weitere Sensoren zur hochpräzisen Neigungs- und Längenmessung Seite 4 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 UN1T3D Seite 5 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Justierung von Fächerlotsystemen Seevermessung (Peilung): Erfassung und Darstellung des unter Wasser liegenden Teils der Erdoberfläche Seite 6 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Justierung von Fächerlotsystemen Vermessungsschiff Karoline Vermessungsschiff Fugro Gauss VERMESSUNGSBÜRO OVERATH & SAND FUGRO OSAE Seite 7 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Justierung von Fächerlotsystemen Komponenten eines Fächerlotsystems pitch roll heading Neigungs- und Beschleunigungssensor Echolot-System GNSS-Antennen Seite 8 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Justierung von Fächerlotsystemen Aufbau des Fächerecholotes EM 710 Empfänger Sender Bug Seite 9 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Justierung von Fächerlotsystemen Komponenten eines Fächerlotsystems pitch roll heading Neigungs- und Beschleunigungssensor Echolot-System GNSS-Antennen Seite 10 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Justierung von Fächerlotsystemen Neigungs- und Beschleunigungssensor (IMU) zur Erfassung der Schiffslage als Roll- und Pitchwinkel (und optional des Headings) IMU des Seapath 330 Seite 11 Anschütz Gyro Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main IMU des Coda F180 16.03.2016 Justierung von Fächerlotsystemen Komponenten eines Fächerlotsystems pitch roll heading Neigungs- und Beschleunigungssensor Echolot-System GNSS-Antennen Seite 12 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 heading Justierung von Fächerlotsystemen GNSS-Antennen zur Erfassung des Heading Seite 13 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Justierung von Fächerlotsystemen Individuelle Definition des Bezugssystems EM 710 IMU des Seapath 330 y-Achse x-Achse z-Achse y-Achse IMU des Coda F180 y-Achse x-Achse x-Achse Seite 14 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main Bug 16.03.2016 Justierung von Fächerlotsystemen Schiffskoordinatensystem als übergeordnetes Bezugssystem z-Achse Wasserlinie x-Achse y-Achse x-Achse Seite 15 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Justierung von Fächerlotsystemen Einbau / Justierung der Sensormodule (Sender- und Empfängereinheit) an der Unterseite des Schiffes im Trockendock: • Toleranz der Ebenheit von < 0,2 mm über die gesamte Sensoreinheit Bug Auflagepunkte der Sensormodule Seite 16 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Justierung von Fächerlotsystemen Montage der Neigungs- und Beschleunigungssensoren annähernd achsparallel zum Schiffskoordinatensystem Erfassung geeigneter Geometrien zur Ableitung der • Orientierungsparameter im SKS (± 0,05°) X+ (IMU) • Hebelarme absolut (< 1 cm) • Relativposition von RX und TX Transducer (< 1 mm) Y+ (IMU) Bestimmung jedes Sensorbezugssystem mit seinen Ablagen im Schiffskoordinatensystem (SKS) => Vollautomatische Georeferenzierung der Punktwolke des gescannten Meeresbodens Seite 17 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Justierung von Fächerlotsystemen Justierung der Module des Fächerecholots: shimming Seite 18 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Justierung von Fächerlotsystemen Justierung der Module des Fächerecholots: shimming Unterlegscheibe (shim) Montagehalterung der Sendeeinheit des Fächerecholots; in montiertem Zustand und vor der Montage Seite 19 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Justierung von Fächerlotsystemen Justierung der Module des Fächerecholots: shimming • Antasten der markierten Auflagepunkte der Module mit Spezialadapter (± 0,01 mm) • Ausgleichende Ebene zur Analyse vor Ort mit Messsoftware Polyworks • Anpassung der shims und erneute Messung • Finale Kontrollmessung und Erfassung der Geometrien zur Ableitung des Heading • Einmessung von Passpunkten zur späteren Transformation alles Messpunkte ins Schiffskoordinatensystem (SKS) Seite 20 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Justierung von Fächerlotsystemen Einmessung aller weiteren Sensoren • Mittels Totalstation oder Lasertracker • Geg. mechanische Verlängerung von Kanten und Halterungen zur Steigerung der Genauigkeit der abzuleitenden Orientierungsparameter • Erfassung der Geometrien durch Antasten mit Hilfe eines Kantenadapters Seite 21 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Teilchenbeschleuniger S-DALINAC Superconducting DArmstadt LINear electron Accellerator: S-DALINAC Institut für Kernphysik der Technischen Universität Darmstadt Übersicht über den Strahlverlauf am S-DALINAC Seite 22 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Seite 23 Seite 24 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| Bundesmitgliederversammlung 2015 in Fulda 13.06.2015 Teilchenbeschleuniger S-DALINAC Objektbezogener Bezugsrahmen zur Definition des Koordinatensystems • Mathematisches Koordinatensystem ohne Schwerebezug • Beschleunigerrichtung als x-Achse • Mittlere Beschleunigerebene als xy-Ebene Seite 25 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Teilchenbeschleuniger S-DALINAC Realisierung des Koordinatensystems • Referenzrahmen durch 18 fest installierte Driftnester • 30 freie Standpunkte • Magnetbohrungen als Verknüpfungspunkte (ca. 180) Seite 26 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Teilchenbeschleuniger S-DALINAC Seite 27 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Teilchenbeschleuniger S-DALINAC • Positionsbestimmung der Magnetbohrungen gefordert: < 0,5 mm, erreicht: 0,2 mm (2σ) A C B B A D C A Seite 28 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 B Teilchenbeschleuniger S-DALINAC • Positionsbestimmung der Magnetbohrungen gefordert: < 0,5 mm, erreicht: 0,2 mm (2σ) • Bestimmung der Magnetorientierungen über Bohrungen und Oberflächennormale gefordert: < 0,5 mm/m erreicht: Seite 29 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Teilchenbeschleuniger S-DALINAC • Strahlrohrsegmente zugänglich an nur sechs Positionen • L-Adapter zur indirekten Erfassung R1 R2 Seite 30 Strahlrohrsegmente Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Teilchenbeschleuniger S-DALINAC • Ausgleichung als Doppelzylinder • Modellierung verschiedener geometrischer Hypothesen mit Signifikanztests der Parameter (z.B. Radien) • Vergleich der Residuen der Modelle Seite 31 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Streckenrückführung in Vergleichspunktfeldern Seite 32 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Streckenrückführung in Vergleichspunktfeldern 131,63 1 394,98 31,58 3 2 73,75 94,75 5 4 52,69 10,55 6 78 Lage der Pfeiler 1 bis 8 der Kalibrierbasis Neu-Isenburg im Streckenverlauf [m] 0 100 200 300 400 500 600 Kombinierbare Teilstrecken der Kalibrierbasis Seite 33 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 700 800 Streckenrückführung in Vergleichspunktfeldern • • • • Standpunkte zwischen den Pfeilern statt auf den Pfeilern Einbindung von Zwischenpunkten zur Überbrückung langer Strecken Meteorologische Sensoren entlang des Messstrahls 3D-Punktlagen zur Ableitung der Schrägstrecke Neu-Isenburg Fulda Seite 34 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Streckenrückführung in Vergleichspunktfeldern • Anbringung aller geometrischen Reduktionsschritte • Berücksichtigung der Umgebungsparameter und Modellierung der Unsicherheiten • Statistische Prüfung nach Ausreißern und Signifikanztest der Zusatzparameter Seite 35 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Zusammenfassung Objektzugang Archimedes (287 - 212 v. Chr.) Seite 36 Elektr. Libelle Äußere Bedingungen Ausrüstung Industrielle Messtechnik Witterung Hersteller angaben Totalstation Bezugssystem Umgebung „Miss alles, was sich messen lässt, und mach alles messbar, was sich nicht messen lässt.“ Realisierung Definition Technische Vorgaben Lasertracker Technische Hilfsmittel Vorschriften Auswertestrategie Verlängerungen Netzausgleichung Transformation Formanalyse Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016 Prismenadapter Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit http://fra-uas.de/metrology cornelia.eschelbach@fb1.fra-uas.de Seite 37 Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach| DGfK – Veranstaltungsreihe 2015/2016 – Frankfurt am Main 16.03.2016
