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Überarbeitung und Charakterisierung eines Messplatzes zur Positionsbestimmung in sechs Freiheistsgraden auf der Basis eines Weißlichtinterferrometers

Handke, Peter (2004):
Überarbeitung und Charakterisierung eines Messplatzes zur Positionsbestimmung in sechs Freiheistsgraden auf der Basis eines Weißlichtinterferrometers.
Technische Universität Darmstadt, [Seminar paper (Midterm)]

Abstract

Zusammenfassung:

Die vorliegende Studienarbeit beschäftigt sich mit einem Messplatz, der im Rahmen eines Projekt-Seminars (PEM 4, SS03, Messplatz für Positioniersysteme mit mehreren Freiheitsgraden) am Institut für Elektromechanische Konstruktionen der TU-Darmstadt entstanden ist. Der Messplatz dient in erster Linie der Positionserfassung und der Vermessung der Kinematik von Mikropositioniersystemen. Berücksichtigt werden alle sechs Freiheitsgerade. Der PEM-Aufbau ist jedoch für die Praxis ungeeignet, da der Messbereich in xy-Richtung klein, die Messungen sehr zeitintensiv und die Nutzeroberfläche umständlich sind. Weiterhin gibt es auch noch kein geeignetes Messobjekt.

Aufgabe dieser Studienarbeit ist es, den vorhandenen Messplatz so zu modifizieren, dass schnellere, genauere und bedienerfreundlichere Messungen mit verschiedenen Messobjekten möglich sind. Hierzu muss der vorhandene Messplatz zunächst analysiert und weiterentwickelt werden. Die vorhandene Software wird ebenfalls vollständig überarbeitet. Der modifizierte Messplatz wird auf Messbereich, Reproduzierbarkeit und Auflösung überprüft.

Der Messplatz arbeitet nach dem Prinzip des Weißlichtinterferometers. Mit diesem Messprinzip lassen sich Genauigkeiten im sub-µm-Bereich erzielen. Ermittelt wird die absolute Position eines Messobjektes im Raum – eine besondere Fähigkeit des Weißlichtinterferometers. Die Erfassung der Daten erfolgt mit einer hoch auflösenden Videokamera. Die Kamera beobachtet die Interferenzbildung auf dem zu vermessenden Objekt. Aus den Videobildern, die sich während einer Messung ansammeln, lässt sich eine Höhenkarte des Messobjektes erstellen. Diese 3D-Karte enthält alle Informationen um die Position des Objektes im Raum zu bestimmen.

In dieser Studienarbeit ist es gelungen, den Messplatz mit den am Institut vorhandenen Mitteln so zu verbessern, dass nun reproduzierbare Auflösungen in z-Richtung von <1µm erreicht werden. Die Messgenauigkeit hierbei beträgt 0,5µm und eine Winkelauflösung von 1/100° ist realisiert worden. Die Software ist an die Messung angepasst und so erweitert, dass nun eine Datenspeicherung und Messungen von verschiedenen Startpunkten möglich sind. Damit wurden die Anforderungen der Arbeit an den Messplatz erfüllt.

Dieser Bericht beschreibt die Überarbeitung und Verbesserung des PEM-Aufbaus, die verschiedenen Messmöglichkeiten mit diesem Prinzip und die erzielten Ergebnisse. Abschließend werden Anwendungsbeispiele und sinnvolle Erweiterungs- bzw. Verbesserungsmöglichkeiten diskutiert.

Item Type: Seminar paper (Midterm)
Erschienen: 2004
Creators: Handke, Peter
Title: Überarbeitung und Charakterisierung eines Messplatzes zur Positionsbestimmung in sechs Freiheistsgraden auf der Basis eines Weißlichtinterferrometers
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Die vorliegende Studienarbeit beschäftigt sich mit einem Messplatz, der im Rahmen eines Projekt-Seminars (PEM 4, SS03, Messplatz für Positioniersysteme mit mehreren Freiheitsgraden) am Institut für Elektromechanische Konstruktionen der TU-Darmstadt entstanden ist. Der Messplatz dient in erster Linie der Positionserfassung und der Vermessung der Kinematik von Mikropositioniersystemen. Berücksichtigt werden alle sechs Freiheitsgerade. Der PEM-Aufbau ist jedoch für die Praxis ungeeignet, da der Messbereich in xy-Richtung klein, die Messungen sehr zeitintensiv und die Nutzeroberfläche umständlich sind. Weiterhin gibt es auch noch kein geeignetes Messobjekt.

Aufgabe dieser Studienarbeit ist es, den vorhandenen Messplatz so zu modifizieren, dass schnellere, genauere und bedienerfreundlichere Messungen mit verschiedenen Messobjekten möglich sind. Hierzu muss der vorhandene Messplatz zunächst analysiert und weiterentwickelt werden. Die vorhandene Software wird ebenfalls vollständig überarbeitet. Der modifizierte Messplatz wird auf Messbereich, Reproduzierbarkeit und Auflösung überprüft.

Der Messplatz arbeitet nach dem Prinzip des Weißlichtinterferometers. Mit diesem Messprinzip lassen sich Genauigkeiten im sub-µm-Bereich erzielen. Ermittelt wird die absolute Position eines Messobjektes im Raum – eine besondere Fähigkeit des Weißlichtinterferometers. Die Erfassung der Daten erfolgt mit einer hoch auflösenden Videokamera. Die Kamera beobachtet die Interferenzbildung auf dem zu vermessenden Objekt. Aus den Videobildern, die sich während einer Messung ansammeln, lässt sich eine Höhenkarte des Messobjektes erstellen. Diese 3D-Karte enthält alle Informationen um die Position des Objektes im Raum zu bestimmen.

In dieser Studienarbeit ist es gelungen, den Messplatz mit den am Institut vorhandenen Mitteln so zu verbessern, dass nun reproduzierbare Auflösungen in z-Richtung von <1µm erreicht werden. Die Messgenauigkeit hierbei beträgt 0,5µm und eine Winkelauflösung von 1/100° ist realisiert worden. Die Software ist an die Messung angepasst und so erweitert, dass nun eine Datenspeicherung und Messungen von verschiedenen Startpunkten möglich sind. Damit wurden die Anforderungen der Arbeit an den Messplatz erfüllt.

Dieser Bericht beschreibt die Überarbeitung und Verbesserung des PEM-Aufbaus, die verschiedenen Messmöglichkeiten mit diesem Prinzip und die erzielten Ergebnisse. Abschließend werden Anwendungsbeispiele und sinnvolle Erweiterungs- bzw. Verbesserungsmöglichkeiten diskutiert.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Bildverarbeitung, CCD-Kamera, Höhenkarte, Positionierung µm-Bereich, Positionsbestimmung absolut, Tiefeninformation von Bildern, Weißlichtinterferrometer
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Microtechnology and Electromechanical Systems
Date Deposited: 07 Sep 2011 10:33
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1548

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 12-11-2003

Ende Datum: 01-03-2004

Querverweis: Projektseminar 18.282.4.2 S03

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

Identification Number: 17/24 EMKS 1548
Referees: Jungnickel, Dipl.-Ing. Uwe and Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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